Азотирование

Азотирование, насыщение поверхности металлических деталей азотом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости, предела усталости и коррозионной стойкости. А. подвергают сталь, титан, некоторые сплавы, наиболее часто - легированные стали, особенно хромоалюминиевые, а также сталь, содержащую ванадий и молибден.

Азотирование стали происходит при t 500-650 ?С в среде аммиака. Выше 400 ?С начинается диссоциация аммиака по реакции NH₃ ? 3H + N. Образовавшийся атомарный азот диффундирует в металл, образуя азотистые фазы. При температуре А. ниже 591 ?С азотированный слой состоит из трёх фаз (рис.): e - нитрида Fe₂N, g' - нитрида Fe₄N, a - азотистого феррита, содержащего около 0,01% азота при комнатной температуре. При температуре А. 600-650? С возможно образование ещё и g-фазы, которая в результате медленного охлаждения распадается при 591?C на эвтектоид a + g¹. Твёрдость азотированного слоя увеличивается до HV = 1200 (соответствует 12 Гн/м²)и сохраняется при повторных нагревах до 500-600?C, что обеспечивает высокую износоустойчивость деталей при повышенных температурах. Азотированные стали значительно превосходят по износоустойчивости цементированные и закалённые стали. А. - длительный процесс, для получения слоя толщиной 0,2-0,4 мм требуется 20-50 ч. Повышение температуры ускоряет процесс, но снижает твёрдость слоя. Для защиты мест, не подлежащих А., применяются лужение (для конструкционных сталей) и никелирование (для нержавеющих и жаропрочных сталей). Для уменьшения хрупкости слоя А. жаропрочных сталей иногда ведут в смеси аммиака и азота.

Азотирование титановых сплавов проводится при 850-950 ?С в азоте высокой чистоты (А. в аммиаке не применяется из-за увеличения хрупкости металла).

При А. образуется верхний тонкий нитридный слой и твёрдый раствор азота в a-титане. Глубина слоя за 30 ч -? 0,08 мм с поверхностной твёрдостью HV = 800-850 (соответствует 8-8,5 Гн/м²). Введение в сплав некоторых легирующих элементов (Al до 3%, Zr 3-5% и др.) повышает скорость диффузии азота, увеличивая глубину азотированного слоя, а хром уменьшает скорость диффузии. А. титановых сплавов в разреженном азоте [100-10 н/м² (1-0,1 мм рт ст.)] позволяет получать более глубокий слой без хрупкой нитридной зоны.
А. широко применяют в промышленности, в том числе для деталей, работающих при t до 500-600 ?С (гильз цилиндров, коленчатых валов, шестерён, золотниковых пар, деталей топливной аппаратуры и др.).
Лит.: Минкевич А. Н., Химико-термическая обработка металлов и сплавов, 2 изд., М., 1965: Гуляев А. П..Металловедение, 4 изд., М., 1966.
Д. И. Браславский.