Азотирование: различия между версиями
Нет описания правки |
Нет описания правки |
||
(не показана 1 промежуточная версия этого же участника) | |||
Строка 4: | Строка 4: | ||
Стали углеродистые и легированные, конструкционные и инструментальные. | Стали углеродистые и легированные, конструкционные и инструментальные. | ||
Высокохромистые чугуны, высокохромистые износоустойчивые сплавы, хром. | Высокохромистые чугуны, высокохромистые износоустойчивые сплавы, хром. | ||
Титан и титановые сплавы | |||
Бериллий | * Титан и титановые сплавы | ||
Вольфрам | * Бериллий | ||
Ниобиевые сплавы | * Вольфрам | ||
Порошковые материалы | * Ниобиевые сплавы | ||
* Порошковые материалы | |||
==Назначение азотирования== | ==Назначение азотирования== | ||
Упрочнение поверхности | |||
Защита от коррозии | * Упрочнение поверхности | ||
Повышение усталостной прочности | * Защита от [[Коррозия (обзорная статья, А.Голдобин) | коррозии]] | ||
Снижение трения | * Повышение усталостной прочности | ||
Повышение износостойкости | * Снижение трения | ||
* Повышение износостойкости | |||
В зависимости от назначения используемые технологические процессы азотирования могут существенно отличаться. | В зависимости от назначения используемые технологические процессы азотирования могут существенно отличаться. | ||
==Основные виды азотирования== | ==Основные виды азотирования== | ||
Азотирование в соляных ваннах | '''Азотирование в соляных ваннах''' | ||
Погружение и выдержка деталей в растворе расплавленных солей при температуре 530—650 градусов Цельсия (не затрагивает структурное изменение материала). | Погружение и выдержка деталей в растворе расплавленных солей при температуре 530—650 градусов Цельсия (не затрагивает структурное изменение материала). | ||
Получаемая структура поверхности имеет : | Получаемая структура поверхности имеет: | ||
* Толщина слоя: 0,01-0,6 мм; | |||
* Поверхностная твердость — 400—1200 HV | |||
* Снижение коэффициента трения в 1,5—5 раз; | |||
* Хрупкость слоя — отсутствует; | |||
* Повышение задиростойкости, включая нержавеющие стали; | |||
* Повышение усталостной прочности в 1,5—2 раза; | |||
* Коробление и поводки длинномерных деталей — практически отсутствуют. | |||
* Коррозийная стойкость может достигать 800 часов в солевом тумане. | |||
По сравнению с другими технологиями (газовым и плазменным азотированием), азотирование в соляных ваннах имеет меньшую глубину азотируемого слоя, но имеет лучшее показатели по коррозийной стойкости и шероховатости поверхности. Основным преимуществом является возможность быстро достичь необходимых характеристик, тем самым снижая время и стоимость обработки. | По сравнению с другими технологиями (газовым и плазменным азотированием), азотирование в соляных ваннах имеет меньшую глубину азотируемого слоя, но имеет лучшее показатели по коррозийной стойкости и шероховатости поверхности. Основным преимуществом является возможность быстро достичь необходимых характеристик, тем самым снижая время и стоимость обработки. | ||
Газовое азотирование | |||
'''Газовое азотирование''' | |||
Насыщение поверхности металла производится при температурах от 400 °C (для некоторых сталей) до 1200 °C (аустенитные стали и тугоплавкие металлы). Средой для насыщения является диссоциированный аммиак. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при газовом азотировании сталей применяют: | Насыщение поверхности металла производится при температурах от 400 °C (для некоторых сталей) до 1200 °C (аустенитные стали и тугоплавкие металлы). Средой для насыщения является диссоциированный аммиак. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при газовом азотировании сталей применяют: | ||
двух-, трёхступенчатые температурные режимы насыщения | двух-, трёхступенчатые температурные режимы насыщения разбавление диссоциированного аммиака: | ||
разбавление диссоциированного аммиака: | |||
воздухом | воздухом реже водородом Контрольными параметрами процесса являются: | ||
реже водородом | |||
Контрольными параметрами процесса являются: | * степень диссоциации аммиака | ||
* расход аммиака | |||
* температура | |||
* расходы дополнительных технологических газов (если применяются). | |||
'''Каталитическое газовое азотирование''' | |||
Это 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. | Это 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 | '''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): | 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 плотности тока | ||
изменение расхода азота | * изменение расхода азота | ||
изменение степени разрежения | * изменение степени разрежения | ||
добавки к азоту особо чистых технологических газов: | |||
водорода | добавки к азоту особо чистых технологических газов: | ||
аргона | |||
метана | * водорода | ||
* аргона | |||
* метана | |||
'''Азотирование из растворов электролитов''' | |||
Использование анодного эффекта для диффузионного насыщения обрабатываемой поверхности азотом в многокомпонентных растворах электролитов, один из видов скоростной электрохимико-термической обработки (анодный электролитный нагрев) малогабаритных изделий. Анод-деталь при наложении постоянного напряжения в диапазоне от 150 до 300 В разогревается до температур 450—1050 °C. Достижение таких температур обеспечивает сплошная и устойчивая парогазовая оболочка, отделяющая анод от электролита. Для обеспечения азотирования в электролит, кроме электропроводящего компонента, вводят вещества-доноры, обычно нитраты. | |||
==Оборудование для азотирования== | ==Оборудование для азотирования== | ||
Текущая версия от 13:29, 17 сентября 2023
Азоти́рование — это технологический процесс химико-термической обработки, при которой поверхность различных металлов или сплавов насыщают азотом в специальной азотирующей среде. Поверхностный слой изделия, насыщенный азотом, имеет в своём составе растворённые нитриды и приобретает повышенную коррозионную стойкость и высочайшую микротвёрдость. По микротвёрдости азотирование уступает только борированию, в то же время незначительно превосходя цементацию и нитроцементацию.
Металлы и сплавы, подвергаемые азотированию[править | править код]
Стали углеродистые и легированные, конструкционные и инструментальные. Высокохромистые чугуны, высокохромистые износоустойчивые сплавы, хром.
- Титан и титановые сплавы
- Бериллий
- Вольфрам
- Ниобиевые сплавы
- Порошковые материалы
Назначение азотирования[править | править код]
- Упрочнение поверхности
- Защита от коррозии
- Повышение усталостной прочности
- Снижение трения
- Повышение износостойкости
В зависимости от назначения используемые технологические процессы азотирования могут существенно отличаться.
Основные виды азотирования[править | править код]
Азотирование в соляных ваннах
Погружение и выдержка деталей в растворе расплавленных солей при температуре 530—650 градусов Цельсия (не затрагивает структурное изменение материала).
Получаемая структура поверхности имеет:
- Толщина слоя: 0,01-0,6 мм;
- Поверхностная твердость — 400—1200 HV
- Снижение коэффициента трения в 1,5—5 раз;
- Хрупкость слоя — отсутствует;
- Повышение задиростойкости, включая нержавеющие стали;
- Повышение усталостной прочности в 1,5—2 раза;
- Коробление и поводки длинномерных деталей — практически отсутствуют.
- Коррозийная стойкость может достигать 800 часов в солевом тумане.
По сравнению с другими технологиями (газовым и плазменным азотированием), азотирование в соляных ваннах имеет меньшую глубину азотируемого слоя, но имеет лучшее показатели по коррозийной стойкости и шероховатости поверхности. Основным преимуществом является возможность быстро достичь необходимых характеристик, тем самым снижая время и стоимость обработки.
Газовое азотирование
Насыщение поверхности металла производится при температурах от 400 °C (для некоторых сталей) до 1200 °C (аустенитные стали и тугоплавкие металлы). 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
Это 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 разрежения
добавки к азоту особо чистых технологических газов:
- водорода
- аргона
- метана
Азотирование из растворов электролитов
Использование анодного эффекта для диффузионного насыщения обрабатываемой поверхности азотом в многокомпонентных растворах электролитов, один из видов скоростной электрохимико-термической обработки (анодный электролитный нагрев) малогабаритных изделий. Анод-деталь при наложении постоянного напряжения в диапазоне от 150 до 300 В разогревается до температур 450—1050 °C. Достижение таких температур обеспечивает сплошная и устойчивая парогазовая оболочка, отделяющая анод от электролита. Для обеспечения азотирования в электролит, кроме электропроводящего компонента, вводят вещества-доноры, обычно нитраты.
Оборудование для азотирования[править | править код]
Для проведения газового азотирования используются преимущественно шахтные, ретортные и камерные печи. Для подготовки аммиака перед подачей в печь используется диссоциатор.
Для проведения каталитического газового азотирования используются преимущественно шахтные, ретортные и камерные печи, оснащённые 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 счёт катодной бомбардировки ионами и, собственно, насыщение.
Для азотирования из растворов электролитов применяются установки для электрохимико-термической обработки.