Азотирование.

      Азотированием (азотизацией или нитрированием) стали называется процесс поверхностного насыщения стали азотом.

      Азотированию, как и цементации, подвергают детали, работающие на износ и воспринимающие знакопеременные нагрузки. Азотированные  детали имеют следующие преимущества: высокую твердость, износостойкость, теплостойкость и коррозийную стойкость. Так как азотированию подвергают в основном легированные стали определенных составов и процесс имеет большую продолжительность (30-60 ч.), применение его оказывается экономически целесообразным лишь для обработки ответственных инструментов и деталей авиамоторов, дизелей, турбин, приборов и т. п.

      Насыщаемость  железа молекулярным азотом при атмосферном  давлении и температуре до 1500 ⁰С невелика, однако ее можно увеличить, создав в печи высокое давление (несколько сот атмосфер). Но этот способ насыщения железа азотом пока не представляет практического интереса ввиду его трудоемкости.

      Для насыщения целесообразнее использовать атомарный азот, образующийся в момент разложения соединений, содержащих этот элемент. В качестве такого соединения обычно применяют аммиак, диссоциация которого сопровождается выделением азота в атомарном активном состоянии, который, однако, вскоре переходит в молекулярное состояние и теряет свою активность:

2NH₃ = 2N + 6H

2N       N₂

6H       3H₂.

      Поэтому азотирование интенсивно протекает  лишь в том случае, когда диссоциация  аммиака происходит в непосредственной близости  от азотируемой поверхности.

Стали для азотирования.

      Все шире применяется азотирование аустенитных и нержавеющих теплостойких сталей.

      Аустенитная сталь, как известно, имеет низкую износостойкость, но в то же время  обладает рядом ценных свойств: парамагнитностью, высокой жаропрочностью, окалиностойкостью, коррозийной стойкостью и высокой ударной вязкостью при температуре ниже 0 ⁰С.

      Азотирование - наиболее эффективный способ повышения  износостойкости аустенитных нержавеющих  сталей.

      В ряде зарубежных работ освещены результаты исследований сталей, содержащих титан. Эти стали азотируются быстрее, чем хромомолибденоаллюминиевая, и отличаются более высокой поверхностной твердостью и красностойкостью.

      Разработана сталь, содержащая 18% Ni, насыщение азотом при 425-455 ⁰С в течение 20 ч приводит к превращению в поверхностном слое феррита в аустенит, а последний, при охлаждении на воздухе превращается в мартенсит.

      Рекомендовано подвергать азотированию (взамен цианирования) инструмент из быстрорежущих сталей Р9 и Р18.

      Азотированию  подвергают также детали из высокопрочного магниевого чугуна (в частности, коленчатые валы тепловоза и детали из специальных чугунов, легированных алюминием).

Основные процессы азотирования.

Газовое азотирование

Насыщение поверхности  металла производится при температурах от 400 (для некоторых сталей) до 1200 (аустенитные стали и тугоплавкие металлы) градусов цельсия. Средой для насыщения является диссоциированный аммиак. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при газовом азотировании сталей применяют:

• двух-, трёхступенчатые температурные режимы насыщения.
• разбавление диссоциированного аммиака:
• воздухом,
• реже водородом

Контрольными  параметрами процесса являются:

• степень диссоциации аммиака
• расход аммиака
• температура
• расходы дополнительных технологических газов (если применяются)

Каталитическое газовое азотирование

Последняя модификация  технологии газового азотирования. Средой для насыщения является аммиак, диссоциированный при температуре 400—600 градусов цельсия  на катализаторе в рабочем пространстве печи. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при каталитическом газовом азотировании сталей применяют изменение потенциала насыщения. В целом применяются более низкие температуры, чем при газовом азотировании.

Ионно-плазменное азотирование

Технология насыщения  металлических изделий в азотсодержащем вакууме (примерно 0,01 атм.), в котором  возбуждается тлеющий электрический  разряд. Анодом служат стенки камеры нагрева, а катодом — обрабатываемые изделия. Для управления структурой слоя и механическими свойствами слоя применяют (в разные стадии процесса):

• изменение плотности тока
• изменение расхода азота
• изменение степени разряжения
• добавки к азоту особочистых технологических газов:
• водорода
• аргона
• метана
• кислорода

Свойства азотированной легированной стали.

      Азотированный слой обладает высокой твердостью и  износостойкостью. Износостойкость  азотированной стали в 1,5-4 раза выше износостойкости закаленных высокоуглеродистых, цементованных, а также цианированных  и нитроцементованных сталей.

      Азотирование  снижает вязкость стали, повышает ее прочность, ослабляет влияние концентраторов напряжений на снижение предела выносливости стали и существенно повышает предел выносливости, особенно тонких деталей и деталей, работающих в  некоторых коррозионных средах.

      Азотирование  повышает сопротивление задираемости и налипанию металла под нагрузкой  и особенно при повышенных температурах.

      Азотированная сталь обладает теплостойкостью (красностойкостью), и ее твердость сохраняется после  воздействия высоких температур. Например, сталь 38ХМЮА сохраняет свою твердость при нагреве до 500-520 ⁰С в течение нескольких десятков часов. Еще большую устойчивость твердости против воздействия температур (до 600 ⁰С) имеет аустенитная сталь. Однако при длительной эксплуатации в условиях высоких температур азотированный слой постепенно рассасывается, на поверхности образуются окислы и происходит глубокая диффузия кислорода по нитридным прожилкам, образующимся как в процессе азотирования, так и при длительном нагреве во время эксплуатации.

      В результате азотирования коррозионная стойкость конструкционной стали (в среде воздуха, водопроводной  воде, перегретом паре, слабых щелочных растворах) повышается и, наоборот, аустенитной  хромоникелевой и нержавеющей хромистой  стали некоторых марок понижается. Окалиностойкость последних сталей также понижается. Это объясняется тем, что в азотированном слое этих сталей из твердого раствора устраняется значительная часть хрома, входящего в состав образующихся нитридов. В аустенитной стали некоторых составов, например с малым содержанием никеля, это может сопровождаться даже выпадением в азотированном слое a-фазы, в результате чего поверхностный слой становится слегка магнитным.

      Азотированная сталь обладает высокой эрозионной стойкостью в потоках горячей воды и водяного пара.

Оборудование для азотирования.

Для проведения газового азотирование используются преимущественно  шахтные ретортные и камерные печи. Для подготовки аммиака перед  подачей в печь используется диссоциатор.

Для проведения каталитического газового азотирование используются преимущественно шахтные ретортные и камерные печи, оснащенные встроенными катализаторами и кислородными зондами для определения насыщающей способности атмосферы.

Для проведения процессов ионно-плазменного азотирования применяются специализированные установки, в которых происходит нагрев изделий за счет катодной бомбардировки и собственно насыщение.

Список  использованных источников:

1. www.bankreferatov.ru
2. www.wikipedia.ru