Азотирование стали

Азотирование стали

Азотирование — термохимический способ поверхностного упрочения стали и чугуна

История процесса азотирования

Впервые процесс азотирования был разработан и предложен известным русским металлургом и химиком Н.П.Чижевским в 1913-1915 гг. в его диссертации «Железо – азот. Экспериментальное исследование количества азота и причин содержания его в чугуне, стали и железе. Влияние азота на механические свойства железа».   Такая газовая азотация детали проводилась в специальной печи в газовой среде аммиака, который подвергался нагреву до 700 °С.  От нагрева аммиак разлагался с выделением атомарного азота, который и начинал проникать в разогретую поверхность детали с образованием  на такой поверхности нитридов железа и нитридов легирующих элементов.

Технологический процесс изготовления деталей при применении азотирования изначально состоял из:

1. предварительная термическая обработка детали;

2. механическая обработка детали, включая шлифование;

3. защита мест, не подлежащих азотированию (покрытие тонким слоем олова гальваническим способом);

4. азотирование (нагрев детали в среде аммиака);

5. окончательное шлифование.

В 90-х годах 20 века начало появляться экспериментальное оборудования по усовершенствованному типу азотирования — ионно плазменному азотированию в среде технического вакуума.  Такой процесс был разработан так как классичесаая газовая азотация в среде аммиака обладала заметными недостатками:
…. — высокая температура процесса —  около 700 °С, в результате чего появлялись термические деформации детали, что требовало дальнейшей обработки детали уже с поверхностью высокой твердости;
 …— агрессивность и токсичность аммиака, что приводило к быстрой порче (коррозии) оборудования и сложности реализации техпроцесса;

СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

…  Новый тип азотирования- ионно-плазменное с тлеющим разрядом в вакуумной среде, предполагает помещение детали в специальную камеру, где создается технический вакуум, а затем туда вводится строго дозированный состав газов,   которые и будут насыщать поверхность металла. Потом подается напряжение и на поверхности детали возникает тлеющий коронный разряд, который и насыщает поверхность металла азотом. Массоперенос   азота в металл происходит за счет ионизации газовой среды.
…. Преимущества новой ионно-плазменной вакуумной технологии перед прежней газовой очевидны:
— процесс происходит при значительно более низких температурах — не выше 500-550 °С, при которых практически не возникает термических деформаций деталей средней толщины стенок.  Поэтому практически не требуется последующая шлифовка изделий;
… — в техническом вакууме крайне легко и эффективно можно управлять газовым составом химических веществ, которые вводится в поверхность металла- азот, водород, аргон, бор и пр. Это дает возможность получать на поверхности металла слой со сложным химическим составом  крайне необычных и нужных свойств.
— не используется агрессивный и токсичный, как и пожароопасный аммиак;

Ионно-плазменное азотирование в последние десятилетия начало заметно потеснило старые технологии газового азотирования, не смотря на то, что установки ионно-плазменного азотирования значительно дороже старых газовых систем, и для свой работы требуют высококвалифицированного персонала с профильным образованием.  Это происходит на фоне того, что прежние установки газового азотирования массово выводятся из эксплуатации, ибо в среде разогретого аммиака металл камер для газового азотирования быстро подвергается активной коррозии и дольше 15-20 лет служить не может.

Существует еще технология жидкого электролизного азотирования в расплавах цианистых солей. Но это весьма громоздкие технологии с использованием агрессивных и токсичных  расплавов солей, которые и по качеству и по реализации технологического процесса уступают ионно-плазменному азотированию в техническом вакууме.
*      *      *

Кого из посетителей моего сайта  интересует в подробностях история возникновения и развития процесса азотирования в России-СССР и в мире, то следует почитать вполне содержательные работы на эту тему:
—   Афонский И.Ф., Вер О.И., Смирнов А.В. Теория и практика азотирования. Л.: Госмапзиздат, 1933 г.
—   Юрьев С.Ф. Азотирование стали и его применение в автотрактотростроении: Автореф. дис.канд.техн.наук! М., 1938 г.
— Банных О.А., Зинченко В.М., Прусаков Б.А., Сыропятов В.Я. Развитие азотирования в России. -М. : Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998 г.