В чем преимущества безводородного азотирования сталей?

Азотирование — один из эффективных и распространенных технологических методов химико-термической обработки, в процессе которой происходит модификация поверхностности, приводящая к её упрочнению, возрастания коррозионной стойкости, повышению сопротивления изнашиванию поверхности разнообразных стальных деталей машин.

Истории развития промышленной технологии азотирования уже около ста лет. Первым технологическим газом стал аммиак (NH3). Он и поныне широко применяется в промышленных электропечах газового азотирования, производимых на территории России, моделей США-2,5.3/7, США-4,5.6/7, США-4,5.9/7,  США-6.6/7,  США-6.9/7,  США-6.12/7,  США-6.15/7,  США-6.18/7, США-6.20/7,  США-8.8/7,  США-8.12/7,  США-8.16/7, США-8.18/7,  США-8.20/7,  США-8.24/7,  США-8.26/7, США-8.30/7, США-8.40/7, США-8.56/7, США-9.12/7,  США-10.15/7, США-10.20/7, США-13.13/7, США-15.10/7.  Однако процессы газового азотирования очень длительны. После газового азотирования детали испытывают заметные деформации, что вызывает необходимость использования дополнительного оборудования (шлифовального) для снятия припусков. Все это в свою очередь, отражается на всем цикле химико-термической обработки деталей и снижает его эффективность (увеличивает затратность).

Сокращение цикла азотирования удалось заметно снизить благодаря использованию вакуумной обработки с применением электрических разрядов в разреженном газе (аммиаке или в смеси азота с водородом). В Советском Союзе были разработаны электропечи моделей ОКБ-1566, НШВ-9.18/6-И2, НГВ-6.6/6-И1, ННВ-6.6/6-И1, ЭВТ 40, ЭВТ 60, ЭВТ 70, ЭВТ 90, ЭВТ 95. Однако с ростом требований к качеству азотированного слоя выяснилось, что при газовом азотировании в продуктах частичной диссоциации аммиака или в разреженных газовых смесях азота с водородом с применением электрических разрядов происходит насыщение стали не только азотом но и водородом (абсорбция водорода). Современный уровень знаний предполагает, что водород способен растворяться в стали и диффундировать в кристаллической решетке железа только в виде протонов. Обладая более высокой диффузионной подвижностью, нежели атомы азота, протоны диффундируют на большую глубину. Гидриды железа до сих пор не обнаружены. Поэтому поглощенный сталью водород может находиться в двух состояниях: ионизированном (протоны), которые растворены в кристаллической решетке железа, и молекулярном, где молекулы водорода заключены в «ловушках» (дефекты кристаллического строения — структуры). К таким дефектам относятся микроскопические пустоты, щели, трещины, неметаллические включения, межзеренные прослойки, межзеренные границы, а также ультрамикроскопические дефекты кристаллической решетки — вакансии, их скопления и дислокации. Все указанные дефекты, если они замкнутые, играют роль «ловушек» в которых может собираться водород, поглощенный поверхностью стальной детали в процессе азотирования из газовой смеси азота с водородом. Но самое интересное — накопление водорода в поверхностном слое может сопровождаться явлением похожим на блистеринг (генерировать микротрещины в плоскости параллельной поверхности, и, как следствие, изменять микро- и наноморфологию поверхности).  Такой механизм поглощения водорода создает предпосылки для изменения механических свойств азотированной стали и скорости формирования азотированного слоя. Обнаружено снижение механических свойств азотированных изделий. Наиболее интенсивно снижаются показатели пластичности.

Новым шагом развития традиционной технологии стало использование метода безводородного азотирования в тлеющем разряде. В технологии используются только чистые азот и аргон, при определенном соотношении компонентов. В итоге отсутствует насыщение азотированного слоя водородом, улучшаются его механические свойства, снижается уровень деформаций настолько, что процесс азотирования становится финишным и шлифовка после него не требуется. ООО «НПП «НИТТИН» предлагает на рынок электропечи безводородного азотирования сталей в тлеющем разряде серии БАТР, шахтного и колпакового исполнения.

США-6.6_7-НИТТИН
Электропечь газового азотирования модели США-6.6/7-НИТТИН

Комментирование запрещено