Термическая обработка стали. Реферат 1. Термическая, термохимическая и термомеханическая обработка стали

• Название: Термическая, термохимическая и термомеханическая обработка стали
• Анкор: Термическая обработка стали
• Дата: 10.01.2020
• Размер: 1 Mb.
• Имя файла: Реферат 1.docx
• Тип: Реферат; #103416
• страница: 8 из 10

Азотирование

Азотирование - это процесс насыщения поверхностного слоя азотом при нагреве стали в атмосфере аммиака. При азотировании резко повышается температурная устойчивость к сохранению твердости поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии. Твердость азотированного слоя выше, чем цементованного, причем сохраняется она до более высоких температур (600 - 650 °С), в то время как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200 - 225 °С.

Азотирование, в отличие от цементации, осуществляют на деталях после термической обработки (чаще всего, закалки с высокотемпературным отпуском) без допуска на последующую механическую обработку. Это объясняется тем, что азотированный слой имеет высокую твердость и не нуждается в последующей термической обработке, а размеры детали практически не изменяются.

В системе железо—азот образуются следующие фазы:

1) α-фаза — твердый раствор азота в α-железе (азотистый феррит), содержащий 0,1 % N при 590 °С и 0,004 % — при температуре 20 °С;

2) γ'-фаза — твердый раствор на основе нитрида железа Fe4N (5,3...5,75 % N при 590 °С);

3) ε-фаза — твердый раствор на основе нитрида железа Fе2(NO3)2 (8,25... 11 % N);

4) γ-фаза — твердый раствор азота в γ-железе (азотистый аустенит), существует при температуре выше 590 °С, максимальная растворимость азота в γ-железе 2,8 % при 650 °С, при 590 °С γ-фаза при медленном охлаждении распадается с образованием эвтектоида α + γ' (2,35 % N).



Рисунок 9. Диаграмма железо – азот

В качестве газа, содержащего азот, при азотировании применяют аммиак (NH3), который продувают через нагретую печь над деталями.

В случае азотирования при температурах ниже эвтектоидной (500-550ºС) азотированный слой согласно диаграмме состоит из ε + γ + α. Наиболее твердым является нижний α-слой, благодаря дисперсным нитридам, которые выделяются из феррита при понижении температуры в результате уменьшения растворимости, γ' – слой очень тонкий и чаще всего не наблюдается, а ε-слой – мало прочный и хрупкий.

При азотировании выше эвтектоидной температуры (600...650ºС) дополнительно может образовываться γ-фаза. При медленном охлаждении γ-фаза распадается на эвтектоид (так называемый браунит), а при быстром – превращается в мартенсит с твердостью до 700 НV.

Для получения высокой твердости (до HV 1200) и износостойкости азотированного слоя применяют стали, легированные алюминием, хромом, молибденом, вольфрамом, ванадием. Эти элементы образуют с азотом твердые, дисперсные, термически стойкие, т.е. нитриды являющиеся препятствиями при передвижении деформаций, в результате чего и получается высокая твердость азотированного слоя.

Твердость и толщина азотированного слоя зависят от температуры и продолжительности азотирования. Чем выше температура азотирования, тем ниже твердость и больше толщина слоя (в результате увеличения скорости диффузии азота). Азотирование значительно (на 80... 100 %) повышает предел выносливости, что объясняется возникновением в азотированном слое остаточных напряжений сжатия. Детали из азотированной стали, работающие при переменных нагрузках, мало чувствительны к поверхностным дефектам (царапинам, рискам от шлифования и т.п.), так как напряжения растяжения возникают за пределами азотированного слоя.

Глубина диффузионного слоя подчиняется общей параболической зависимости. При температурах азотирования (500...600ºС) коэффициент диффузии очень мал и скорость роста азотированного слоя составляет приблизительно 0,01 мм в час. При азотировании получают слои толщиной 0,3...0,6 мм.

Известны несколько способов проведения азотирования сталей: газовая азотация; термохимическое азотирование; азотирование в цианистых солях. Эти способы различаются средой в которой проходит процесс, но есть у них один общий признак – это то, что азот проникает внутрь стального изделия по закону диффузии. Для ускорения процесса азотирования используют различные способы, в том числе: азотирование в тлеющем разряде (ионное азотирование), азотирование при воздействии ультразвука, азотирование при нагреве с помощью тока высокой частоты.