Температура цементации 900-920® С.

ции аммиака при 500-520° С составляет 15-25%, при 600-650-0 40-60%. Образовавшийся атомарный азот диффундирует в железо. Если азотирование выполняют при температуре ниже эвтектоидной (ниже 591** С), то фазы в диффузионном слое при комнатной температуре (после медленного охлаждения с температуры азотирования) располагаются от поверхности к сердцевине в следующей последовательности: e+v ->7-а-ЬуС[->сердцевина (с исходной структурой). При азотировании при температуре выше 591° С расположение фаз в азотированном слое соответствует следующей схеме: е-Ьу У - +7 (эвтектоид)->--a+Y (вторичная)->а->-сердцевина (с исходной структурой). При переходе от одной фазы к другой в азотированном слое устанавливается резкий перепад концентраций; он устанавливается при температуре диффузии и сохраняется после охлаждения.

Технология азотирования

Азотированию можно подвергать любые стали. В тех случаях, когда целью азотирования является получение высокой твердости и износостойкости деталей, применяют сталь 38Х2МЮА. В последние годы для изделий, подвергаемых азотированию, используют конструкционные стали, не содержащие алюминий: 40Х, 40ХФА, 20ХЗМВФ, 30ХЗМФ1, 40ХГМ, 18Х2Н4ВА и др. Азотируют также изделия из коррозионностойких, жаропрочных и инструментальных сталей.

Технологическим достоинством азотирования, связанным с низкой температурой процесса, является незначительное коробление деталей или практически полное его отсутствие. Изменение размеров деталей в результате насыщения азотом и сопутствующей упруго-пластической деформации носит закономерный характер и может быть учтено технологическим припуском. Приближенно (без учета размеров и материала детали, а также режима азотирования) можно считать, что наружный диаметр цилиндра необходимо занижать при механической обработке под азотирование (для получения слоя глубиной 0,5 мм) на величину 0,04- 0,06 мм. Изменение наружного и внутреннего диаметров иллюстрируется данными, приведенными на рис. VIII.4. Не рекомендуется азотировать детали, подверженные значительным динамическим нагрузкам.

Технологический процесс изготовления азотируемых деталей состоит из следующих операций: 1) предварительной термической обработки (обычно улучшения), обеспечивающей стали требуемые свойства; температура отпуска при этой обработке должна превышать максимальную температуру последующего азотирования и обеспечивать получение твердости, при которой сталь можно обрабатывать; 2J механической обработки детали, включая шлифование; 3) защиты участков детали, не подлежащих азотированию; в качестве защитных покрытий наиболее часто используют олово, нанесенное гальваническим путем, однако возможно применение и других покрытий, представленных в табл. VIII. 14; 4) азоти-

рования; 5) окончательного шлифования или доводки изделия в соответствии с заданными допусками.

На рис. VIII.5 показано влияние легирующих элементов на глубину и твердость азотированного слоя. Рекомендуемые режимы азотирования изделий из конструкционных и инструменталных сталей представлены в табл. VIII.15-Vni.l6.

15 20 25 50

1U о ги Z!> Толщина стенки, мм

Рис. VIII.4. Изменение наружного D и внутреннего d диаметров цилиндров из стали 38Х2МЮА в зависимости от толщины стенки (азотирование при 520° С в течение 72 ч; наружный диаметр цилиндра 70 мм)

Выбор температуры процесса азотирования для изделий из конструкционных сталей определяется требованиями к толщине и твердости слоя: при высокой твердости и небольшой толщине слоя рекомендуется применять низкую температуру, при больших толщинах и меньшей твердости - более высокую температуру; при необходимости получить большую толщину и высокую твердость азотированного слоя применяют двухступенчатый режим - сначала азотирование проводят при 500-520° С, а затем температуру процесса повышают до 540- 580°С (рис. VIII.6, VIII.7). Продолжительность выдержки определяется требуемой глубиной азотированного слоя и температурой процесса азотирования. Хрупкость азотированного слоя можно уменьшить путем разбавления аммиака азотом или аргрном (до 80%). Средняя скорость азотирования стали при различных температурах показана в табл. VIII.17.

Азотированием можно существенно повысить коррозионную стойкость углеродистых сталей. Азотированный слой устойчив против коррозии в водопроводной воде, атмосфере перегретого пара, в щелочных растворах, неочищенном масле, бензине, загрязненной атмосфере. Коррозии хорошо сопротивляется лишь высокоазотистая е-фаза. Поэтому для сохранения высокой коррозионной стойкости азотированной поверхности шлифование следует осуществлять на небольшую глубину или выполнять лишь притирку азотированных деталей. Процесс антикоррозионного азотирования осуществляют при температурах 600-750° С в течение 0,5-6 ч. Чем выше температура азотирования и меньше габаритные размеры изделия, тем меньше продолжительность процесса для получения коррозионностойкого азоти-

таблица VIII.M

Способы местной защиты изделий от азотирования

Способ защиты

Толщина наносимого слоя, мм

Гальваническое лужение, при температуре азотирования олово расплавляется и удерживается на поверхности стального изделия в виде тонкой непроницаемой для азота пленки

Гальваническое никелирование (чаще применяется для защиты от азотирования нержавеющих сталей) Гальваническое цинкование

Гальваническое биметаллическое покрытие: свинец -цинк, медь - свинец, никель - свинец

Жидкое стекло - его наносят окунанием детали с последующей просушкой при 90-120° С в течение 1,5 ч

Обмазка: свинцово-оловянистую пыль (60 40) растворяют в смеси, состоящей из 5 частей растительного масла, 1 части стеарина, 2 частей свиного сала, 2 частей пульверизованной смолы, 1 части хлористого цинка и жидкого стекла и двукратно наносят на поверхность; затем деталь просушивают при температуре 100-120° С

0,008-0,015

0,025-0,04

0,04-0,05

1-й металл 0,005;

2-й металл 0,015

Таблица VIII.IS

Оптимальные режимы азотирования изделий из некоторых сталей

Примечание Числитель - первая ступень азотирования, знаменатель - вторая.