Проникновение азота в сталь

Проникновение азота в сталь при обычных условиях азотирования протекает чрезвычайно медленно (во много раз медленнее диффузии углерода при цементации стали). Поэтому для образования азотированного слоя требуется довольно много времени (ориентировочно, около 10 час для получения слоя глубиной 0,1 мм). Влияние температуры азотирования на глубину и твердость азотированного слоя при выдержке 50 час. Из приведенной диаграммы видно, что чем выше температура процесса, тем толще получается азотированный слой. Однако для получения высокой твердости поверхности процесс следует вести при температурах не выше 520°.

При более высоких температурах наблюдается резкое понижение твердости поверхностного слоя. При температурах ниже 500° также не рекомендуется вести процесс, так как в этом случае сталь насыщается азотом в недостаточной степени. Для ускорения процесса азотирования в последнее время широко применяют ступенчатый нагрев: изделия выдерживают 12 - 15 час. при температурах 510 - 520°, а затем нагревают до 550 - 600° и выдерживают при этих температурах от 8 до 20 час, в зависимости от толщины слоя. Сравнительно небольшая выдержка изделий при температурах 550 - 600° не приводит к значительному понижению их твердости, но зато способствует более глубокому проникновению в сталь азота.

При ступенчатом азотировании продолжительность процесса удается сократить в 1,5 - 2 раза. По окончании азотирования изделия медленно (со скоростью 200 - 300° в час) охлаждают до температуры 200 - 250° с тем, чтобы в них не осталось внутренних напряжений. Охлаждение, так же как и нагрев, должно производиться в закрытой печи в атмосфере аммиака во избежание окисления поверхности изделия. Иногда необходимо азотировать только часть поверхности изделия. В этих случаях места, не подлежащие азотированию, покрывают гальваническим путем слоем олова. При азотировании олово расплавляется (температура плавления его 232°) и покрывает поверхность тонкой пленкой, которая препятствует проникновению в сталь азота. Слой олова должен быть очень тонким (не более 10-15 мк), чтобы оно не стекало на смежные участки, подлежащие азотированию. Для предохранения части поверхности от азотирования ее можно покрыть в 2 - 3 слоя жидким стеклом.

Каждый слой жидкого стекла высушивается при температурах 100 - 120°. Если азотированию подвергается часть изделия (например, только шейка коленчатого вала), то она покрывается особым лаком, а затем изделие погружается в расплавленное олово. К поверхностям, покрытым лаком, олово не будет приставать, и они подвергнутся азотированию. Не все стали рационально азотировать. Углеродные стали не пригодны для азотирования, если требуется высокая твердость поверхностного слоя. Это объясняется тем, что железо с азотом дает очень непрочные, легко распадающиеся нитриды. Хорошие результаты получаются при азотировании сталей, содержащих алюминий, хром, молибден.

Особенно полезной примесью в этом отношении является алюминий. Он значительно ускоряет процесс азотирования и образует с азотом очень твердые и устойчивые нитриды. В промышленности наиболее часто азотируются изделия из стали марки 38ХМЮА, содержащей 0,38% углерода, около 1% алюминия, 1,5% хрома и 0,2% молибдена. Азотирование является одной из завершающих операций обработки изделия. Азотированные изделия подвергаются только шлифованию. Механическая и термическая обработка изделия производится до азотирования.