Азотування
Азотування - насичення поверхні сталі (титану) азотом. Атомарний азот отримують в основному від розкладення аміаку на поверхні виробу:
NH3→N+3N. (3.8)
В таблиці 3.4 представлені склади насичуючих середовищ та режими азотування.
У результаті азотування поверхня металу набуває високої твердості (HV 1300) із збереженням її за довготривалих нагрівань до температури 500…600 0С; великих стискуючих напружень, що підвищують опір утомі, високої зносостійкості, корозійної стійкості вуглецевих і низьколегованих сталей.
Таблиця 3.4 -Хімічні склади основних насичуючих середовищ, і режими хіміко-термічної обробки при азотуванні
| Склад насичуючого середовища | Режим азотування | Глибина шару, (мм) | ||
| Т, °С | t, год | |||
| Азотування ізотермічне | ||||
| Аміак NH3 тиск, Па: 190–720 ступінь дисоціації, 20–40 % | 500–520 | 6–90 | 0,1–0,8 | |
| 30–55 | 560–580 | 1–10 | 0,15–0,4 | |
| 20 % NH3 + 80 % N2 (або N2 + H2) | 500–520 | 6–90 | 0,1–0,8 | |
| Азотування двоступінчасте | ||||
| 20 % NH3 ступінь дисоціації 20–40 % | 500–520 | 15–20 | 0,5–0,8 | |
| 40–45 | 540–560 | 25–40 | 0,5–0,8 | |
| Азотування з добавками вуглецевмісних газів | ||||
| Аміак NH3 + 50 % ендогазу (40 % H2 + 20 % З + 40 % N2) | 0,5–3 | 0,5–0,8 |
Принцип зміцнення пов’язаний із взаємодією Fe – N. Є в наявності область α – розчину, потрібна для розчинення азоту, а також зміцнюючі фази, здатні викликати дисперсійне зміцнення, і які самі по собі володіють високою твердістю. Процес азотування проводиться при температурі нижче 6000С. Процес може вестись і при більш високій температурі, але тоді зменшується ефект дисперсійного зміцнення за рахунок укрупнення зміцнюючої фази.
Зазвичай азотування проводиться при 500…550 0С, рідше – при 6000С. Глибина шару залежить від часу азотування (рисунок 3.6). Будова і твердість азотованого шару залежить від температури і часу азотування, а також від компонентного складу оброблюваної сталі – введення у сталь легуючих елементів з підвищеною спорідненістю до азоту (Al, Cr, Mo) стимулює утворення зміцнюючих фаз типу (γ’ і ε) і підвищує твердість азотованого шару (рисунок.3.7 а, б).
| Рисунок 3.6 – Глибина азотованого шару при різній температурі і тривалості азотування в аміаку |
| 
|
| Рисунок 3.7 – Будова і властивості азотованих шарів: а – вміст азоту і будова азотованого шару; б – твердість азотованих шарів: 1 – сталі 30, 45; 2 – сталі 40Х, 40ХНМА, 18ХНВА; 3 – сталь 38Х2МЮА |
Після азотування і повільного охолодження до кімнатної температури фази в дифузійному шарі розміщуються в такому порядку від поверхні:
x > (e + g’) > g’ + (a + g’) > a + g’надл > серцевина,
де a - фаза - азотистий ферит – твердий розчин азоту в залізі (кількість азоту в ньому значною мірою залежить від температури: за температури 590 0С – 0,10 %, за 200 0С – 0, 004 %);
g’ - фаза, що існує за концентрації азоту 5,3…5,75 % і відповідає нітриду Fe4N;
e - фаза, що існує за різних температур і інтервалі концентрацій азоту 4,35…11,0 %;
x - фаза, що утворюється за вмісту азоту в шарі не менше 11,1 % і відповідає нітриду Fe2N.
Процес азотування дуже тривалий, але його перевага в тому, що після нього не потрібно проводити термообробку, відсутнє жолоблення деталей. Скоротити тривалість азотування можна за рахунок прискорення протікання 2-ї стадії ХТО – підвищення концентрації насичуючого елементу на поверхні: це підвищить різницю концентрацій між поверхнею і серцевиною і прискорить дифузію.