8.4.3 Азотирование стали

Еще более высокую твердость поверхности можно обеспечить при азотировании. При этом высокая твердость достигается не за счет мартенсита, получаемого при последующей закалке, а за счет образования в поверхностном слое нитридов. Причем нитриды железа не обеспечивают достаточно высокой твердости, наиболее высокую твердость азотированному слою придают нитриды некоторых легирующих элементов, таких как хром, молибден, ванадий, алюминий и некоторые другие. При совместном легировании стали хромом, молибденом и алюминием твердость поверхностного слоя может достигать 12000н/мм².

Вязкую и достаточно прочную сердцевину получают при предварительной термической обработке - термическом улучшении. Температура азотирования – 500 -550ºС, что ниже, чем температура высокого отпуска, поэтому при азотировании структура сердцевины не изменяется. Относительно высокая прочность металлической основы необходима для того, чтобы тонкий и хрупкий азотированный слой не продавливался при работе детали. Кроме того структура сорбита отпуска, получаемая после предварительной термической обработки обеспечивает достаточно хорошую обрабатываемость резанием при механической обработки детали.

Для азотирования поэтому применяют улучшаемые стали, легированные нитридообразующими элементами, например 38Х2МЮА. К преимуществам азотирования следует отнести также высокую коррозионную стойкость и сохранение высокой твердости поверхности при нагреве до температур 400 - 500ºС. В цементованных же сталях при нагреве до таких температур происходят процессы отпуска и твердость снижается.

Технология изготовления азотированных деталей состоит из следующих операций:

• предварительная термическая обработка (закалка с высоким отпуском) заготовки;

• проведение механической обработки детали;

• защита участков не подлежащих азотированию оловом (электролитическим методом) или жидким стеклом;

• азотирование.

Глубина азотированного слоя обычно не превышает 0.3 – 0.5 мм, длительность процесса при этом - 24 – 60 часов.

Недостатками азотирования по сравнению с цементацией является большая длительность процесса и необходимость применения дорогостоящих легированных сталей. Поэтому азотирование применяют в случае изготовления наиболее ответственных деталей и инструмента, например мерительного инструмента, гильз, цилиндров, зубчатых колес, шестерен, втулок, коленчатых валов и др.

Тема №9: ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

Легированными называют стали, в состав которых специально вводят легирующие элементы для изменения структуры и свойств. Элементы, содержание которых ограничивают как примеси, тоже могут быть легирующими (кремния специально вводят в количестве более 0,4%, а - марганца более 0,8%). Количество легирующих элементов может колебаться от тысячных долей % до десятков % . При содержании легирующих элементов менее 0,1% иногда говорят о микролегировании.

Легирующие элементы оказывают влияние на формирование всех фаз и структурных составляющих сталей и их свойства, на все процессы, происходящие при термической обработке сталей.

Атомы легирующих элементов в сталях могут находиться в следующем виде:

• входить в состав твердых растворов (легированные феррит и аустенит);

• входить в состав неметаллических включений (нитриды, сульфиды, оксиды);

• входить в состав карбидных фаз (легированный цементит и специальные карбиды);

• находиться в виде самостоятельной фазы (свинец или селен при практически полной нерастворимости в твердом состоянии в железе);

• входить в состав интерметаллических соединений (FeCr, Fe₂Mo, W₇Co₆ и др).