Азотирование проводят с целью: описание сути и методики процесса, технологических этапов и рекомендуемых марок стали

alexxlab | 29.04.1974 | 0 | Разное

описание сути и методики процесса, технологических этапов и рекомендуемых марок стали

Азотирование стали — не столь давняя практика диффузного насыщения ее поверхностного слоя азотом. В промышленном масштабе такой способ применяется только с 20-х годов прошлого столетия. Данная процедура, предложенная академиком Н.П. Чижевским, значительно улучшает качество стальной продукции по многим параметрам.

Суть процесса азотирования

По сравнению с цементацией азотирование имеет несколько веских преимуществ, которое сделало его основным способом улучшения показателей стали. Азотированный слой обладает высоким показателем твердости без дополнительной термообработки. Кроме того, после азотирования размер обрабатываемой детали остается практически неизменным. В отличие от цементационного процесса, его можно применить к готовым изделиям, которые прошли термическую закалку с высоким отпуском и отшлифованы до окончательных форм. После азотирования детали полностью готовы к чистовой полировке и другой обработке.

Азотирование – это обработка стали в процессе ее нагрева в среде высокого содержания аммиака. Вследствие этого поверхность стали насыщается азотом и приобретает следующие качества:

• Улучшается износостойкость деталей из металла за счет повышения индекса твердости их поверхностного слоя;
• Растет выносливость или усталостной прочности стальных изделий;
• Обработанный материал приобретает стойкую антикоррозионную защиту, которая сохраняется при контакте с водой, воздухом и паровоздушной средой.

Результаты азотирования намного ценнее в плане дальнейшей эксплуатации, нежели показатели изделия после цементации. Так, слой после цементации может сохранять стабильные показатели твердости при температуре не более 225 °С, а слой с азотом – до 550-600 °С. Причиной тому служит сам механизм азотирования, вследствие которого образуется поверхностный слой, который в 1,5-2 раза прочнее, чем после закалки и той же цементации.

Механизм азотирования

Обычно эта процедуры происходит при 500-600 °С в герметично закрытой реторте (муфели) из железа, которая внедряется в печь. Ее разогревают до температуры соответствующей выбранному режиму, и выдерживается необходимое время. В муфел, который являет собой контейнер, закладывают стальные элементы, которые будут подвержены азотированию.

В реторту из баллона непрерывно под определенным давлением запускается аммиак. Внутри нее аммиак, имеющий в своей молекуле азот, под действием температуры начинает диссоциацию (разложение) по следующей формуле:

2 NH 3 →6 H +2 N ,

откуда полученный в результате этого разложения атомарный азот проникает в металл путем диффузии. Это приводит к образованию нитридов на поверхности железных изделий. А нитриды и их твердые растворы характеризуются повышенной твердостью. По окончании процедуры печь должна плавно охлаждается вместе с потоком аммиака. Такой подход закрепляет эффект по твердости слоя, не давая поверхности окислиться.

Толщина такого нитридного слоя может варьировать от 0,3 до 0,6 мм. Таким образом, отпадает надобность в последующей термической обработке с целью повышения прочностных характеристик.

Схема формирования слоя, обогащенного азотом сложна, но хорошо изучена металлургами. В сплаве, который образуется вследствие диффузии азота в металл, наблюдается возникновение следующих фаз:

• Твердый раствор Fe3N с долей азота 8,0-11,2%;
• Твердый раствор Fe4N с долей азота 5,7-6,1%;
• Раствор N в α-железе.

При доведении процесса до температуры, которая превышает 591 °С можно наблюдать дополнительную α- фазу. Когда она достигает лимита насыщения, это порождает следующую фазу. Эвтектоидный распад производит 2,35 % азота.

Факторы, влияющие на азотирование

Основными моментами, оказывающими ключевое влияние на процесс, являются температурный режим, давление газа и пролонгированность азотирования. Эффективность также зависит от степени диссоциации аммиака, которая может быть в районе 15-45%. Причем существует определенная зависимость: чем выше температура, тем ниже твердость слоя азотирования, но выше скорость диффузии. Показатель твердости вызван коагуляцией нитридов.

Для того чтобы использовать механизм по максимуму и ускорить его, прибегают к двухэтапному режиму. Начальная стадия обогащения азотом проходит при температурах до 525 °С, что обеспечивает верхним слоям стали высокую твердость. Затем азотирование проходит вторую ступень при температурном режиме от 600°С до 620 °С. При этом в очень короткое время глубина азотированного слоя доходит до заданных значений, ускоряя весь процесс почти в 2 раза. Однако, твердость образованного в результате ускорительного этапа слоя ничем не будет отличаться от слоя, который сформирован по стандартной одноступенчатой методике.

Какие стали азотируются

Для азотирования применяются как углеродистые стали, так и легированные, в которых доля углерода 0,3-0,5%. Наилучший результат можно получить при использовании стали с легирующими металлами, которые образуют наиболее термостойкие и твердые нитриды. Так, наиболее результативен процесс азотирования для легированных сталей, которые имеют в своем составе алюминий, молибден, хром и подобные металлы. Стали с таким составом называют нитраллоями. Молибден, в частности, предупреждает отпускную хрупкость, вызванную медленным остыванием стали после процесса насыщения азотом. Характеристики стали после азотирования:

• Твердость углеродистой стали — HV 200-250 ;
• Легированной — HV 600-800;
• Нитраллоев до HV 1200 и даже выше.

Одновременно с тем, как твердость посредством легирующих составных становится выше, толщина азотированного слоя – ниже. Наиболее тонкий слой образуют стали с элементами хрома, вольфрама, никеля, молибдена.

Рекомендованные марки стали

Применение той или иной марки стали зависит от последующей эксплуатации металлического элемента. Рекомендованные марки для азотирования в зависимости от назначения изделий:

• При необходимости получения деталей с высокой поверхностной твердостью – марка стали 38Х2МЮА. Стоит отметить, что в ней содержится алюминий, который приводит к низкой деформационной стойкости изделия. Тогда как применение марок, не содержащих алюминия, значительно снижает твердость поверхности и ее износостойкость, хотя дает возможность создания более сложных конструкций;
• Для станкостроения применяют улучшаемые легированный стали марки 40Х, 40ХФА ;
• Для деталей, подвергающихся циклическим нагрузками на изгиб – марка стали 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
• Для топливных агрегатов, детали которых должны быть изготовлены с высокой точностью – марка стали 30Х3МФ1 . Для получения более высокой твердости азотонасыщенного слоя, эту марку стали легируют кремнием.

Технология процесса

Подготовка, насыщение азотом и финишная обработка верхнего слоя стали и сплавов подразумевает несколько ступеней:

1. Подготовительная термообработка металла, которая состоит из закалки и высокого отпуска. Внутренность изделия при этом становиться более вязкая и прочная. Закалка проходит при очень высокой температуре около 940 °С и заканчивается охлаждением в жидкости – масле или воде. Температурные условия отпуска составляют 600-700 °С , что наделяет металл твердостью годной для резки;
2. Механическая обработка заготовок, которая заканчивается шлифовкой. После этой процедуры деталь достигает нужных размеров;
3. Предохранительные меры для тех частей изделий, которые должны попасть под действие насыщения азотом. Для этого применяют простые составы вроде олова или жидкого стекла, наносимые слоем не более 0,015 мм путем электролиза. Происходит образованием тонкой пленки, непроницаемой для азота;
4. Азотирование стали по вышеописанной технологии;
5. Финишное доведение деталей до требуемого состояния.

При этом сложноформенные заготовки с тонкими стенками упрочняют при 520 °С.

По поводу изменения геометрических параметров изделий после процесса азотирования отмечено, что она зависит от толщины полученного азотонасыщенного слоя и примененных температур. Однако, данное изменение в любом случае незначительно.

Нужно отметить, что современные методы обработки металла способом азотирования проводят в печах шахтного строения. Максимальная температура которых может достигать 700 его проведения ˚С, циркуляция аммиака в таких печах принудительная. Муфель может быть встроенным в печь либо сменным.

Процесс будет проходить намного быстрее, если внедрить дополнительный муфель. Тогда запасной муфель с деталями загружается сразу же по готовности первого с обработанными заготовками. Однако, применение такого способа не всегда экономически оправдано, особенно при насыщении азотом крупных изделий.

Варианты сред для механизма азотирования

Аммиачно – пропановая среда

Последнее время весьма активно применяется метод обработки металла газом, состоящим на ½ из аммиака и на ½ пропана, или тех же пропорций аммиака и эндогаза. Такая среда дает возможность проводить процедуру в 3 часа при 570 ˚С. Карбонитридный слой, образуемый при этом, характеризуется небольшой толщиной. Но износостойкость и прочность у него намного выше, нежели у слоя, полученного по обычной методике. Твердость данного слоя находиться в границах 600-1100 HV . Применяется такой подход для изделий из легированных сплавов или стали, к которым выдвинуты особые требования по предельной эксплуатационной выносливости.

Тлеющий разряд

Также используется технология упрочнения в азотсодержащей разряженной среде. При этом применяют метод тлеющего разряда, подключая металлические детали к катоду. Заготовка в этом случае являет собой отрицательно заряженный электрод, а муфель – положительно заряженный.

Такая технология позволяет сократить длительность процесса в несколько раз. Между плюсом и минусом возбуждается разряд, ионы газа (N2 или Nh4) вовлекаются на поверхность катода, нагревая его до необходимой температуры. Это происходит поэтапно: вначале катодное распыление, поверхность очищается, а затем насыщают.

Первый этап распыления должен проходить при давлении 0,2 мм ртутного столба и напряжении 1400 В в течение 5-60 минут. При этом поверхность греется до 250 ˚С. Второй этап проводится в условиях давления 1-10 мм ртутного столбика и напряжении 400-1100 В, что занимает время 1-24 часа.

Жидкая среда

Весьма эффективным является тенифер-процесс – азотирование в жидкости, который проходит в расплавленном цианистом слое при 570 ˚С в течение 30-180 минут.

Азотирование — выводы

Азотирование один из наиболее популярных способов доведения металлических деталей до наилучших показателей сопротивления изнашиванию. Кроме того, полученные в результате насыщения азотом поверхностные слои имеют высокую сопротивляемость коррозии. Изделия, прошедшие насыщение азотом, не требуют дополнительной термической закалки. В результате чего, азотирование стало ключевым процессом обработки деталей в машиностроении, станкостроение и в других сферах, выдвигающих высокие требования к составным элементам.

У азотирования существуют и свои недостатки, состоящие в дороговизне и длительности его проведения. Так, при температурах в 500°С азот проникает на 0,01 мм (или менее) за каждый час. Исходя из этого факта, общее время всего процесса порой доходит до 60 часов.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

особенности применения технологии, как проводится процесс

Существует большое количество различных технологий по коррекции химического состава металла. Они предназначены для улучшения определенных эксплуатационных качеств металла. Сегодня азотирование проводят с целью насыщения поверхностного слоя изделия или заготовки азотом. Азотирование металла в промышленных масштабах стали проводить относительно недавно. Рассмотрим этот процесс подробнее.

Особенности применяемой технологии

Азотирование — это насыщение поверхностного слоя стали азотом. Эту технологию довольно часто сравнивают с цементированием, но они существенно отличаются, имеют свои определенные достоинства и недостатки.

К особенностям процесса азотирования можно отнести нижеприведенные моменты:

• Рассматриваемая технология не предусматривает сильное нагревание заготовки или изделия. За счет этого исключается вероятность образования внутренних деформаций, которые в дальнейшем приводят к появлению трещин и других дефектов.
• Несмотря на то что азотирование не приводит к перестроению кристаллической решетки материала, твердость поверхности существенно возрастает. При этом неважно, какой металл обрабатывается.
• При азотировании размеры обрабатываемой детали остаются практически неизменными. Этот момент определяет то, что есть возможность провести процесс насыщения структуры поверхностного слоя уже после проведения закалки с отпуском и финишной обработки.
• После проведения азотирования часто выполняется шлифовка или другая подобная обработка.

Проводится цементация стали 40х или алюминия, других металлов и различных сплавов. О закалке стали 40x в домашних условиях читайте здесь.

Суть азотирования

Азотация проводится в газовой среде, которая наполнена концентрированным аммиаком. За счет насыщения поверхности азотом происходят следующие изменения:

• Существенно повышается показатель твердости поверхности. Кроме этого, отмечается увеличение износостойкости.
• Изделие обладает большой устойчивостью к усталостному сопротивлению.
• За счет коррекции химического состава поверхностного слоя повышается и коррозионная стойкость. Стоит учитывать, что коррозионная стойкость сохраняется при контакте стали или иного сплава, к примеру, 38×2мюа с водой, паровоздушной смесью или с воздухом повышенной влажности. За счет этого существенно расширяется область применения металла.

Цементироваться могут различные металлы и изделия, однако, этот процесс характеризуется тем, что поверхность приобретает твердость неравномерно. Проведенные исследования указывают на то, что после насыщения поверхности азотом показатель прочности увеличивается не менее чем в 1,5 раза.

Технологическая схема процесса

За относительно малый срок изучения процесса насыщения металла азотом было разработано несколько эффективных технологий обработки. При любой термохимической обработке важно соблюдать режим нагрева и охлаждения, выдержки изделия.

Условно весь процесс азотирования делиться на несколько этапов:

1. Подготовительная термическая обработка. Этот этап заключается в закалке изделия и его высоком отпуске. Зачастую сталь 45 или другой металл нагревается до температуры 940 градусов Цельсия на первичном этапе термической обработки. В последнее время охлаждение изделия проводится исключительно в масле, что позволяет избежать появления различных деформаций. Проводимый отпуск позволяет расширить область применения металла, так как упрощается процесс обработки резанием.
2. Механический этап обработки представлен шлифованием или чистовым точением, что позволяет придать детали требуемые размеры.
3. Часто встречается ситуация, когда нужно выполнить термохимическую обработку только определенной части изделия. В этом случае на участки, которые не должны быть подвержены обработке, наносится тонкий слой олова или жидкого стекла. Цементировать также приходится при защите части изделия путем нанесения определенных веществ.
4. Непосредственное выполнение азотирования проводится в газовой среде. Температура нагрева и другие режимы во много зависят от геометрии обрабатываемой детали и типа металла.
5. Финишная обработка проводится для того, чтобы довести геометрические размеры и механические качества до нужных значений.

Сегодня довольно часто применяется инновационная технология ионно-плазменного азотирования. Традиционный метод предусматривает нагрев среды до температуры не выше 700 градусов Цельсия. Поэтому подобная технология получила весьма большое распространение, так как может проводиться при использовании относительно недорогостоящего оборудования.

В заключение отметим, что для насыщения поверхностного слоя азотом создается газовая среда, которая состоит из пропана (50%) и аммиака (50%). При применении подобной среды поверхность изделия нагревается до температуры 570 градусов Цельсия. Время выдержки зависит от различных параметров, может составлять несколько часов.

Азотирование – это… Что такое 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.): ε — нитрида Fe₂N, γ’ — нитрида Fe₄N, α — азотистого феррита, содержащего около 0,01% азота при комнатной температуре. При температуре А. 600—650° С возможно образование ещё и γ-фазы, которая в результате медленного охлаждения распадается при 591°C на эвтектоид α + γ¹. 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 α-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.

        

        Макроструктура азотированного слоя железа при 650°C (увеличено в 500 раз).

Азотирование стали: назначение и особенности технологии

Азотирование, в процессе выполнения которого поверхностный слой стального изделия насыщается азотом, стало использоваться в промышленных масштабах относительно недавно. Такой метод обработки, предложенный к использованию академиком Н.П. Чижевским, позволяет улучшить многие характеристики изделий, изготовленных из стальных сплавов.

Цех ионно-вакуумного азотирования

Суть технологии

Азотирование стали, если сравнивать его с таким популярным методом обработки данного металла, как цементация, отличается рядом весомых преимуществ. Именно поэтому данная технология стала применяться в качестве основного способа улучшения качественных характеристик стали.

При азотировании стальное изделие не подвергается значительному термическому воздействию, при этом твердость его поверхностного слоя значительно увеличивается. Важно, что размеры азотируемых деталей не изменяются. Это позволяет применять такой метод обработки для стальных изделий, которые уже прошли закалку с высоким отпуском и отшлифованы до требуемых геометрических параметров. После выполнения азотирования, или азотации, как часто называют этот процесс, сталь можно сразу подвергать полировке или другим методам финишной обработки.

Схема установки азотирования в тлеющем разряде

Азотирование стали заключается в том, что металл подвергают нагреву в среде, характеризующейся высоким содержанием аммиака. В результате такой обработки с поверхностным слоем металла, насыщающимся азотом, происходят следующие изменения.

• За счет того, что твердость поверхностного слоя стали повышается, улучшается износостойкость детали.
• Возрастает усталостная прочность изделия.
• Поверхность изделия становится устойчивой к коррозии. Такая устойчивость сохраняется при контакте стали с водой, влажным воздухом и паровоздушной средой.

Микроструктура качественно азотированного слоя стали марки 38Х2МЮА

Выполнение азотирования позволяет получить более стабильные показатели твердости стали, чем при осуществлении цементации. Так, поверхностный слой изделия, которое было подвергнуто азотированию, сохраняет свою твердость даже при нагреве до температуры 550–600°, в то время как после цементации твердость поверхностного слоя может начать снижаться уже при нагреве изделия свыше 225°. Прочностные характеристики поверхностного слоя стали после азотирования в 1,5–2 раза выше, чем после закалки или цементации.

Как протекает процесс азотирования

Детали из металла помещают в герметично закрытый муфель, который затем устанавливается в печь для азотирования. В печи муфель с деталью нагревают до температуры, которая обычно находится в интервале 500–600°, а затем выдерживают некоторое время при таком температурном режиме.

Вакуумная печь для термической обработки с системой газового азотирования

Чтобы сформировать внутри муфеля рабочую среду, необходимую для протекания азотирования, в него под давлением подается аммиак. Нагреваясь, аммиак начинает разлагаться на составные элементы, данный процесс описывает следующая химическая формула:

2NH₃ → 6H + 2N.

Атомарный азот, выделяющийся в процессе протекания такой реакции, начинает диффузировать в металл, из которого изготовлена обрабатываемая деталь, что приводит к образованию на ее поверхности нитридов, характеризующихся высокой твердостью. Чтобы закрепить результат и не дать поверхности детали окислиться, муфель вместе с изделием и аммиаком, который в ней продолжает оставаться, медленно охлаждают вместе с печью для азотирования.

Нитридный слой, формирующийся на поверхности металла в процессе азотирования, может иметь толщину в интервале 0,3–0,6 мм. Этого вполне достаточно для того, чтобы наделить изделие требуемыми прочностными характеристиками. Обработанную по такой технологии сталь можно не подвергать никаким дополнительным методам обработки.

Классификация процессов азотирования

Процессы, протекающие в поверхностном слое стального изделия при его азотировании, достаточно сложны, но уже хорошо изучены специалистами металлургической отрасли. В результате протекания таких процессов в структуре обрабатываемого металла формируются следующие фазы:

• твердый раствор Fe₃N, характеризующийся содержанием азота в пределах 8–11,2%;
• твердый раствор Fe₄N, азота в котором содержится 5,7–6,1%;
• раствор азота, формирующийся в α-железе.

Дополнительная α-фаза в структуре металла формируется тогда, когда температура азотирования начинает превышать 591°. В тот момент, когда степень насыщения данной фазы азотом достигает своего максимума, в структуре металла формируется новая фаза. Эвтектоидный распад в структуре металла происходит тогда, когда степень его насыщения азотом достигает уровня 2,35%.

Клапана высокотехнологичных двигателей внутреннего сгорания обязательно проходят процесс азотирования

Факторы, оказывающие влияние на азотацию

Основными факторами, которые оказывают влияние на азотирование, являются:

• температура, при которой выполняется такая технологическая операция;
• давление газа, подаваемого в муфель;
• продолжительность выдержки детали в печи.

На эффективность протекания такого процесса также оказывает влияние степень диссоциации аммиака, которая, как правило, находится в интервале 15–45%. При повышении температуры азотирования твердость формируемого слоя снижается, но процесс диффузии азота в структуру металла ускоряется. Снижение твердости поверхностного слоя металла при его азотировании происходит из-за коагуляции нитридов легирующих элементов, входящих в его состав.

Влияние температуры и легирующих элементов на формирование азотированного слоя

Для ускорения процесса азотирования и повышения его эффективности применяют двухэтапную схему его выполнения. Первый этап азотирования при использовании такой схемы выполняют при температуре, не превышающей 525°. Это позволяет придать поверхностному слою стального изделия высокую твердость. Для выполнения второго этапа процедуры деталь нагревают до температуры 600–620°, при этом глубина азотированного слоя достигает требуемых значений, а сам процесс ускоряется практически в два раза. Твердость поверхностного слоя стального изделия, обработанного по такой технологии, не ниже, чем аналогичный параметр изделий, прошедших обработку по одноступенчатой методике.

Типы азотируемых сталей

Обработке по технологии азотирования могут подвергаться как углеродистые, так и легированные стали, характеризующихся содержанием углерода в пределах 0,3–0,5%. Максимального эффекта при использовании такой технологической операции удается добиться в том случае, если ей подвергаются стали, в химический состав которых входят легирующие элементы, формирующие твердые и термостойкие нитриды. К таким элементам, в частности, относятся молибден, алюминий, хром и другие металлы, обладающие подобными характеристиками. Стали, содержащие молибден, не подвержены такому негативному явлению, как отпускная хрупкость, которая возникает при медленном остывании стального изделия. После азотирования стали различных марок приобретают следующую твердость:

Твердость сталей после азотирования

Легирующие элементы, находящиеся в химическом составе стали, увеличивают твердость азотированного слоя, но вместе с тем уменьшают его толщину. Наиболее активно на толщину азотируемого слоя оказывают влияние такие химические элементы, как вольфрам, молибден, хром и никель.

В зависимости от сферы применения изделия, которое подвергается процедуре азотирования, а также от условий его эксплуатации для осуществления такой технологической операции рекомендуется использовать определенные марки стали. Так, в соответствии с технологической задачей, которую необходимо решить, специалисты советуют применять для азотирования изделия из следующих марок сталей.

38Х2МЮА

Это сталь, которая после азотирования отличается высокой твердостью наружной поверхности. Алюминий, содержащийся в химическом составе такой стали, снижает деформационную стойкость изделия, но в то же время способствует повышению твердости и износостойкости его наружной поверхности. Исключение алюминия из химического состава стали позволяет создавать из нее изделия более сложной конфигурации.

40Х, 40ХФА

Данные легированные стали используются для изготовления деталей, применяемых в области станкостроения.

30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА

Эти стали служат для производства изделий, подвергающихся в процессе своей эксплуатации частым циклическим нагрузкам на изгиб.

30Х3МФ1

Из данного стального сплава изготавливаются изделия, к точности геометрических параметров которых предъявляются высокие требования. Для придания более высокой твердости деталям из данной стали (это преимущественно детали топливного оборудования) в ее химический состав могут добавлять кремний.

Характеристики некоторых сталей после азотирования

Технологическая схема азотирования

Чтобы выполнить традиционное газовое азотирование, инновационное плазменное азотирование или ионное азотирование, обрабатываемую деталь подвергают ряду технологических операций.

Подготовительная термообработка

Такая обработка заключается в закалке изделия и его высоком отпуске. Закалка в рамках выполнения такой процедуры осуществляется при температуре около 940°, при этом охлаждение обрабатываемого изделия производят в масле или воде. Последующий после выполнения закалки отпуск, проходящий при температуре 600–700°, позволяет наделить обрабатываемый металл твердостью, при которой его можно легко резать.

Режимы термообработки перед азотированием

Механическая обработка

Эта операция заканчивается его шлифовкой, позволяющей довести геометрические параметры детали до требуемых значений.

Защита участков изделия, которые не требуют азотирования

Осуществляется такая защита путем нанесения тонкого слоя (не более 0,015 мм) олова или жидкого стекла. Для этого используется технология электролиза. Пленка из данных материалов, формирующаяся на поверхности изделия, не позволяет азоту проникать в его внутреннюю структуру.

Выполнение самого азотирования

Подготовленное изделие подвергают обработке в газовой среде.

Рекомендуемые режимы азотирования стали

Финишная обработка

Этот этап необходим для того, чтобы довести геометрические и механические характеристики изделия до требуемых значений.

Степень изменения геометрических параметров детали при выполнении азотирования, как уже говорилось выше, очень незначительна, и зависит она от таких факторов, как толщина слоя поверхности, который подвергается насыщению азотом; температурный режим процедуры. Гарантировать практически полное отсутствие деформации обрабатываемого изделия позволяет более усовершенствованная технология – ионное азотирование. При выполнении ионно-плазменного азотирования стальные изделия подвергаются меньшему термическому воздействию, благодаря чему их деформация и сводится к минимуму.

В отличие от инновационного ионно-плазменного азотирования, традиционное может выполняться при температурах, доходящих до 700°. Для этого может применяться сменный муфель или муфель, встроенный в нагревательную печь. Использование сменного муфеля, в который обрабатываемые детали загружаются заранее, перед его установкой в печь, позволяет значительно ускорить процесс азотирования, но не всегда является экономически оправданным вариантом (особенно в тех случаях, когда обработке подвергаются крупногабаритные изделия).

Пуансон массой более 230 кг, подвергнутый азотированной обработке

Типы рабочих сред

Для выполнения азотирования могут использоваться различные типы рабочих сред. Наиболее распространенной из них является газовая среда, состоящая на 50% из аммиака и на 50% из пропана или из аммиака и эндогаза, взятых в таких же пропорциях. Процесс азотирования в такой среде выполняется при температуре 570°. При этом изделие подвергается воздействию газовой среды на протяжении 3 часов. Азотированный слой, создаваемый при использовании такой рабочей среды, имеет небольшую толщину, но высокую прочность и износостойкость.

Большое распространение в последнее время получает метод ионно-плазменного азотирования, выполняемого в азотосодержащей разряженной среде.

Ионно-плазменное азотирования – взгляд «изнутри»

Отличительной особенностью ионно-плазменного азотирования, которое также называют обработкой при тлеющем разряде, является то, что обрабатываемую деталь и муфель подключают к источнику электрического тока, при этом изделие выступает в качестве отрицательно заряженного электрода, а муфель – в роли положительно заряженного. В результате между деталью и муфелем формируется поток ионов – своего рода плазма, состоящая из N₂ или NH₃, за счет которой происходят и нагрев обрабатываемой поверхности, и ее насыщение необходимым количеством азота.

Кроме традиционного и ионно-плазменного азотирования процесс насыщения поверхности стали азотом может выполняться в жидкой среде. В качестве рабочей среды, которая имеет температуру нагрева порядка 570°, в таких случаях используется расплав цианистых солей. Время азотирования, выполняемого в жидкой рабочей среде, может составлять от 30 до 180 минут.

Как и с какой целью проводится азотирование стали

При производстве разных видов стали применяются дополнительные способы обработки, позволяющие улучшить характеристики материала. Одним из современных способов является азотирование стали. Он подразумевает насыщение материала частицами азота.

Азотирование стали

Блок: 1/6 | Кол-во символов: 261
Источник: https://metalloy.ru/obrabotka/zashhita/osobennosti-azotirovaniya-stali

Особенности технологии

Чтобы насытить стальную поверхность азотом, используется муфель, изготовленный из железа. В нём размещается заготовка. Печь, в которой расположен муфель, разогревается до 600 градусов. В процессе нагревания муфель заполняется аммиаком и другими газами. При попадании в камеру аммиак разлагается. При этом выделяется азот, который насыщает поверхностные слои материала.

Какие факторы влияют на азотирование

Характеристики изделия зависят от условий, в которых проводится процесс насыщения азотом стальных заготовок. На азотирование влияют некоторые факторы:

• температурный режим, поддерживаемый при проведении обработки;
• уровень давления, при котором муфель наполняется газом;
• длительность проведения процедуры.

Чтобы ускорить процесс насыщения стальной поверхности азотом, применяется двухэтапная технология. На первой этапе заготовка нагревается до 525 градусов. Во время второго этапа детали разогревается до 600 градусов.

Варианты сред для обработки

Чтобы провести азотирование, применяются разнообразные газовые среды. Самой популярной считается смесь из 50% пропана и 50% аммиака. Металлическая поверхность нагревается до 570 градусов. Длительность процесса — около 3-х часов.

Иногда азотирование проводится в жидких средах. Сплав из цианистых солей нагревается до 570 градусов. В него на 3 часа опускается заготовка.

Блок: 3/6 | Кол-во символов: 1334
Источник: https://metalloy.ru/obrabotka/zashhita/osobennosti-azotirovaniya-stali

Суть технологии

Азотирование стали, если сравнивать его с таким популярным методом обработки данного металла, как цементация, отличается рядом весомых преимуществ. Именно поэтому данная технология стала применяться в качестве основного способа улучшения качественных характеристик стали.

При азотировании стальное изделие не подвергается значительному термическому воздействию, при этом твердость его поверхностного слоя значительно увеличивается. Важно, что размеры азотируемых деталей не изменяются. Это позволяет применять такой метод обработки для стальных изделий, которые уже прошли закалку с высоким отпуском и отшлифованы до требуемых геометрических параметров. После выполнения азотирования, или азотации, как часто называют этот процесс, сталь можно сразу подвергать полировке или другим методам финишной обработки.

Схема установки азотирования в тлеющем разряде

Азотирование стали заключается в том, что металл подвергают нагреву в среде, характеризующейся высоким содержанием аммиака. В результате такой обработки с поверхностным слоем металла, насыщающимся азотом, происходят следующие изменения.

• За счет того, что твердость поверхностного слоя стали повышается, улучшается износостойкость детали.
• Возрастает усталостная прочность изделия.
• Поверхность изделия становится устойчивой к коррозии. Такая устойчивость сохраняется при контакте стали с водой, влажным воздухом и паровоздушной средой.

Микроструктура качественно азотированного слоя стали марки 38Х2МЮА

Выполнение азотирования позволяет получить более стабильные показатели твердости стали, чем при осуществлении цементации. Так, поверхностный слой изделия, которое было подвергнуто азотированию, сохраняет свою твердость даже при нагреве до температуры 550–600°, в то время как после цементации твердость поверхностного слоя может начать снижаться уже при нагреве изделия свыше 225°. Прочностные характеристики поверхностного слоя стали после азотирования в 1,5–2 раза выше, чем после закалки или цементации.

Блок: 2/7 | Кол-во символов: 2008
Источник: http://met-all.org/obrabotka/himicheskaya/azotirovanie-stali-metalla-ionnoe.html

Процесс азотирования стали

Суть процесса азотирования в том, что поверхностный слой стального предмета насыщают азотом, нагревая изделие в насыщенной аммиаком среде.

Азотирование стали, или азотацию, начали применять в промышленности не так давно. Подобный способ обработки наружной поверхности стальных изделий предложил академик Чижевский. В результате стальной сплав значительно улучшается:

• повышается твердость и стойкость к износу;
• увеличивается долговечность и выносливость металла;
• усиливается устойчивость к коррозии.

Антикоррозийные качества сохраняются во влажной среде и при воздействии паром.

Схема процесса азотирования стали

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 631
Источник: https://promzn.ru/metallurgiya/osobennosti-i-metody-azotirovaniya-stali.html

Факторы, оказывающие влияние на азотацию

Основными факторами, которые оказывают влияние на азотирование, являются:

• температура, при которой выполняется такая технологическая операция;
• давление газа, подаваемого в муфель;
• продолжительность выдержки детали в печи.

На эффективность протекания такого процесса также оказывает влияние степень диссоциации аммиака, которая, как правило, находится в интервале 15–45%. При повышении температуры азотирования твердость формируемого слоя снижается, но процесс диффузии азота в структуру металла ускоряется. Снижение твердости поверхностного слоя металла при его азотировании происходит из-за коагуляции нитридов легирующих элементов, входящих в его состав.

Влияние температуры и легирующих элементов на формирование азотированного слоя

Для ускорения процесса азотирования и повышения его эффективности применяют двухэтапную схему его выполнения. Первый этап азотирования при использовании такой схемы выполняют при температуре, не превышающей 525°. Это позволяет придать поверхностному слою стального изделия высокую твердость. Для выполнения второго этапа процедуры деталь нагревают до температуры 600–620°, при этом глубина азотированного слоя достигает требуемых значений, а сам процесс ускоряется практически в два раза. Твердость поверхностного слоя стального изделия, обработанного по такой технологии, не ниже, чем аналогичный параметр изделий, прошедших обработку по одноступенчатой методике.

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 1452
Источник: http://met-all.org/obrabotka/himicheskaya/azotirovanie-stali-metalla-ionnoe.html

Разновидности азотирования и используемое оборудование

Чтобы провести процедуру азотирования можно использовать несколько видов оборудования, выбор которого зависит от выбранной технологии процесса насыщения стали азотом.

Изделие после обработки

Газовое

Насыщение стали азотом проводится при температурном диапазоне 400–1200 градусов Цельсия. При этом применяется диссоциированный аммиак. Характеристики можно изменять при помощи повышения или понижения температуры нагрева.

Чтобы выполнить обработку заготовки газовым методом, используются камерные и шахтные печи. Опытные металлурги рекомендуют использовать шахтные ретортные печи. Связано это с особенностями оборудования и возможностью равномерно распределять температуру по всей поверхности заготовки.

Каталитическое газовое

Этот способ обработки считается более модифицированным. Рабочим газовым составом является диссоциированный аммиак. Диапазон температур во время проведения азотирования выбирается в пределах 200–400 градусов Цельсия. Преимущество этого метода в том, что используются меньшие температурные режимы, чем при обычном газовом азотировании.

Оборудование для разогрева представляет собой комплекс элементов:

• панель управления и настройки печи;
• водное охлаждение;
• камера, в которой после включения образуется вакуум;
• механизмы, откачивающие воздух для создания вакуума;
• система, с помощью которой рабочая камера заполняется газом.

Чтобы изменить параметры слоев стали насыщенных азотом, применяется несколько способов. К ним относится насыщаемость азотом, добавка к рабочей среде метана, аргона, водорода.

Азотирование с применением растворов электролита

Анодный электролитный нагрев считается одним из скоростных способов обработки стальных поверхностей. Этот метод подразумевает под собой направление на заготовку импульсных зарядов электричества, которые проходят через всю деталь. При этом она должна находиться в ёмкости, заполненной электролитическим раствором.

Азотирование электролитом

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 1949
Источник: https://metalloy.ru/obrabotka/zashhita/osobennosti-azotirovaniya-stali

Какие стали азотируются

Для азотирования применяются как углеродистые стали, так и легированные, в которых доля углерода 0,3-0,5%. Наилучший результат можно получить при использовании стали с легирующими металлами, которые образуют наиболее термостойкие и твердые нитриды. Так, наиболее результативен процесс азотирования для легированных сталей, которые имеют в своем составе алюминий, молибден, хром и подобные металлы. Стали с таким составом называют нитраллоями. Молибден, в частности, предупреждает отпускную хрупкость, вызванную медленным остыванием стали после процесса насыщения азотом. Характеристики стали после азотирования:

• Твердость углеродистой стали — HV 200-250 ;
• Легированной — HV 600-800;
• Нитраллоев до HV 1200 и даже выше.

Одновременно с тем, как твердость посредством легирующих составных становится выше, толщина азотированного слоя – ниже. Наиболее тонкий слой образуют стали с элементами хрома, вольфрама, никеля, молибдена.

Рекомендованные марки стали

Применение той или иной марки стали зависит от последующей эксплуатации металлического элемента. Рекомендованные марки для азотирования в зависимости от назначения изделий:

• При необходимости получения деталей с высокой поверхностной твердостью – марка стали 38Х2МЮА. Стоит отметить, что в ней содержится алюминий, который приводит к низкой деформационной стойкости изделия. Тогда как применение марок, не содержащих алюминия, значительно снижает твердость поверхности и ее износостойкость, хотя дает возможность создания более сложных конструкций;
• Для станкостроения применяют улучшаемые легированный стали марки 40Х, 40ХФА ;
• Для деталей, подвергающихся циклическим нагрузками на изгиб – марка стали 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
• Для топливных агрегатов, детали которых должны быть изготовлены с высокой точностью – марка стали 30Х3МФ1 . Для получения более высокой твердости азотонасыщенного слоя, эту марку стали легируют кремнием.

Блок: 3/6 | Кол-во символов: 1901
Источник: https://stanok.guru/stal/metodika-preimuschestva-i-etapy-processa-azotirovaniya-stali.html

Технологическая схема процесса

За относительно малый срок изучения процесса насыщения металла азотом было разработано несколько эффективных технологий обработки. При любой термохимической обработке важно соблюдать режим нагрева и охлаждения, выдержки изделия.

Условно весь процесс азотирования делиться на несколько этапов:

1. Подготовительная термическая обработка. Этот этап заключается в закалке изделия и его высоком отпуске. Зачастую сталь 45 или другой металл нагревается до температуры 940 градусов Цельсия на первичном этапе термической обработки. В последнее время охлаждение изделия проводится исключительно в масле, что позволяет избежать появления различных деформаций. Проводимый отпуск позволяет расширить область применения металла, так как упрощается процесс обработки резанием.
2. Механический этап обработки представлен шлифованием или чистовым точением, что позволяет придать детали требуемые размеры.
3. Часто встречается ситуация, когда нужно выполнить термохимическую обработку только определенной части изделия. В этом случае на участки, которые не должны быть подвержены обработке, наносится тонкий слой олова или жидкого стекла. Цементировать также приходится при защите части изделия путем нанесения определенных веществ.
4. Непосредственное выполнение азотирования проводится в газовой среде. Температура нагрева и другие режимы во много зависят от геометрии обрабатываемой детали и типа металла.
5. Финишная обработка проводится для того, чтобы довести геометрические размеры и механические качества до нужных значений.

Сегодня довольно часто применяется инновационная технология ионно-плазменного азотирования. Традиционный метод предусматривает нагрев среды до температуры не выше 700 градусов Цельсия. Поэтому подобная технология получила весьма большое распространение, так как может проводиться при использовании относительно недорогостоящего оборудования.

В заключение отметим, что для насыщения поверхностного слоя азотом создается газовая среда, которая состоит из пропана (50%) и аммиака (50%). При применении подобной среды поверхность изделия нагревается до температуры 570 градусов Цельсия. Время выдержки зависит от различных параметров, может составлять несколько часов.

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 2235
Источник: https://obrabotkametalla.info/stal/kak-provoditsya-azotirovanie-stali

Типы сред при азотировании

Процесс азотирования стали в реальности проводят не по одной, а по нескольким технологиям, отсюда разнообразие видов азотирования. Это связано с тем, что для одних типов металлов более эффективно усваивается азот в одной среде, для других – в другой. Но это не главное. Среда позволяет получить определенное качество поверхности либо изменить скоростной режим выполнения операции по азотированию стали. Наиболее распространенные технологии, которые используются на предприятиях:

• диффузия азота в среде газовой на основе пропана с аммиаком;
• диффузия азота при использовании разряда тлеющего;
• диффузия азотная в среде жидкого характера.

Аммиачно-пропановая среда

Азотирование в газе из смеси пропана с аммиаком сейчас наиболее применимый способ укрепления поверхности стали. Соотношение компонентов смеси берется равнозначным, температуру по шкале Цельсия догоняют до 570 градусов выше нуля, обработку проводят на протяжении трех часов.

Полученный поверхностный слой можно охарактеризовать как высокопрочную твердую поверхность с отличной износостойкостью, и это несмотря на маленькую толщину нитридов. В численных единицах твердость изделия возрастает до показателей 1100–600 HV.

Тлеющий разряд

Другими словами, тлеющий разряд – это среда разряженного состояния при ионно-плазменном азотировании. Очень распространенный метод насыщения азотом поверхности стальных изделий. Особенностью этого метода является то, что, кроме помещения заготовки в печь муфельную, где происходит нагнетание температуры, к этой заготовке подключают электрический контакт с отрицательным потенциалом (то есть получается отрицательный электрод), положительным же электродом выступает сама печь муфельная.

Ионное азотирование создает ионный поток между печью и изделием, который приобретает вид плазмы, и состоит она из элементов NH₃ или N₂. Таким образом, в поверхностный слой начинают диффундировать азотные молекулы, эффективно насыщая его.

Плазменное азотирование проходит в два этапа:

1. Очищение поверхности заготовки путем распыления катода.
2. Непосредственное насыщение стали азотом.

Основное преимущество метода в том, что при ионном плазменном насыщении процесс можно ускорить в несколько раз.

Жидкая среда

Кроме перечисленных двух сред для проведения операций азотирования, существует еще одна среда, подходящая для такого метода. Это жидкая среда, где применяется расплав солей цианистых, компоненты которых под действием принципа диффузии проникают в рабочий поверхностный слой металла.

Условия для протекания процесса определяются высокой температурой до уровня 570 градусов по Цельсию и длительностью проведения обработки, которая может продолжаться до 3 часов (самое меньшее – 30 минут насыщения).

Такой метод имеет высокую эффективность, но гораздо реже применяется по причине опасности для здоровья и высоких материально-технических затрат.

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 2837
Источник: https://WikiMetall.ru/metalloobrabotka/azotirovanie-stali.html

Азотирование — выводы

Азотирование один из наиболее популярных способов доведения металлических деталей до наилучших показателей сопротивления изнашиванию. Кроме того, полученные в результате насыщения азотом поверхностные слои имеют высокую сопротивляемость коррозии. Изделия, прошедшие насыщение азотом, не требуют дополнительной термической закалки. В результате чего, азотирование стало ключевым процессом обработки деталей в машиностроении, станкостроение и в других сферах, выдвигающих высокие требования к составным элементам.

У азотирования существуют и свои недостатки, состоящие в дороговизне и длительности его проведения. Так, при температурах в 500°С азот проникает на 0,01 мм (или менее) за каждый час. Исходя из этого факта, общее время всего процесса порой доходит до 60 часов.

Блок: 6/6 | Кол-во символов: 793
Источник: https://stanok.guru/stal/metodika-preimuschestva-i-etapy-processa-azotirovaniya-stali.html

Свойства и преимущества азотированных поверхностей

Стали, подвергнутые обработке методом азотации, имеют следующие показатели твердости:

• сплавы легированные – твердость в районе 800–600 HV;
• стали углеродистые – твердость в районе 250–200 HV;
• содержащие хром, алюминий, иные металлы сплавы-нитраллои получают твердость в районе 1200 HV.

Кроме повышения твердости, любые марки сталей начинают более стабильно вести себя в коррозионной среде, не подвергаясь разрушению от окисления.

Самое важное, что при насыщении азотом в заданных температурах не происходит деформации и изменения линейных размеров изделий.

Уважаемые посетители сайта, металлурги, технологи и те, кто не понаслышке знает о методе азотирования стали! Поделитесь своими знаниями в комментариях, поддержите тему. Будем признательны за любую достоверную информацию!

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 821
Источник: https://WikiMetall.ru/metalloobrabotka/azotirovanie-stali.html

Кол-во блоков: 12 | Общее кол-во символов: 16222
Количество использованных доноров: 6
Информация по каждому донору:

1. http://met-all.org/obrabotka/himicheskaya/azotirovanie-stali-metalla-ionnoe.html: использовано 2 блоков из 7, кол-во символов 3460 (21%)
2. https://promzn.ru/metallurgiya/osobennosti-i-metody-azotirovaniya-stali.html: использовано 1 блоков из 5, кол-во символов 631 (4%)
3. https://stanok.guru/stal/metodika-preimuschestva-i-etapy-processa-azotirovaniya-stali.html: использовано 2 блоков из 6, кол-во символов 2694 (17%)
4. https://obrabotkametalla.info/stal/kak-provoditsya-azotirovanie-stali: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 2235 (14%)
5. https://WikiMetall.ru/metalloobrabotka/azotirovanie-stali.html: использовано 2 блоков из 7, кол-во символов 3658 (23%)
6. https://metalloy.ru/obrabotka/zashhita/osobennosti-azotirovaniya-stali: использовано 3 блоков из 6, кол-во символов 3544 (22%)

Сталь 38Х2МЮА

38Х2МЮА (38ХМЮА) – сталь жаропрочная релаксационностойкая высококачественная хромоалюминиевая с молибденом. Имеет заменители 38Х2ЮА, 38ХВФЮ, 20Х3МВФ (ЭИ-415), 38Х2Ю.

Расшифровка марки стали 38Х2МЮА: 38 – 0,38% углерода, Х2 – 2% хрома, М – менее 1% молибдена, Ю – менее 1% алюминия, А – высококачественная сталь (количество вредных примесей минимально). Применяется при производстве азотируемых деталей, таких как распределительные валы, шестерни, втулки, пальцы, гильзы цилиндров ДВС и прочие конструктивные элементы, работа которых происходит в температурных режимах до 450 градусов цельсия. Также применяется для производства измерительных инструментов. Данная сталь проходит процедуру азотирования (нагрев стали в среде высокого содержания аммиака) при температуре 520-540 градусов, после чего приобретает коррозионностойкость как в атмосферных условиях, так и в воде. В результате азотирования поверхностный слой стали насыщается азотом, что придает стали повышенную износостойкость, выносливость и твердость верхней части. Перед азотированием проводится процесс улучшения с целью повышения прочности сердцевины. Под улучшением понимается процесс закалки с последующим высоким отпуском. Закаляется сталь с нагреванием до 900-950 градусов с последующим охлаждением путем погружения в масло или воду. Под закалкой понимается процесс термообработки,а именно нагрев до аустенитного состояния, последующей выдержке и охлаждении в различных средах и с различной скоростью, чтобы сохранить продукты превращения, аустенита, тем самым повысив прочность и твердость. Сталь 38Х2МЮА в сварных конструкциях не используется, не склонна к отпускной хрупкости, но флокеночувствительна (склонность к поражению флокенами). В металлопрокате поставляется в виде поковок ГОСТ 8479-70, либо как горячекатаный и кованый сортовой прокат ГОСТ 4543-71.

ООО “СпецГрупп-М” имеет в наличии на своем складе в Москве целую линейку кругов по марке стали 38Х2МЮА диаметром от 25 до 200 мм. Реализуемый круг 38Х2МЮА высокого качества, соответствует ГОСТ, отвечает всем стандартам качества.

---

Услуги термообработки

Термическая обработка – это технологически сложный процесс, в котором необходимо учитывать множество факторов в зависимости от вида термообработки и обрабатываемого материала, требующий дорогостоящего оборудования и оснастки, достаточно больших площадей и высококвалифицированных специалистов.

ООО «Поволжское производственное объединение» (ППО) производит следующие услуги по термообработке:

Закалка

---

 

Разновидность термической обработки металлов и сплавов, в основу которого входит нагрев выше критической температуры, при котором происходят изменения в кристаллической решетки, с дальнейшим быстрым охлаждением чаще всего в воде или масле. Применяется для увеличения твердости, но при этом металл становится менее вязким, менее пластичным и хрупким.
А для снижения хрупкости и повышения пластичности после закалки без полиморфного превращения наши специалисты применяют старение , после закалки с полиморфным превращением применяют отпуск, но нужно отметить, что при отпуске несколько снижается твердость и прочность материала..

Отпуск

---

Данная услуга термической обработки, происходит после закалки металла и проводится с целью снижения хрупкости металла и получения более высокой пластичности. Для этого металл подвергается нагреву от 150—260 °C до 370—650 °C с дальнейшим медленным остыванием.

Компания ООО “ППО” проводит 3 вида отпуска.

Низкотемпературный отпуск

Проводится при температуре до 250 °C. Такая сталь сохраняет свою высокую износостойкость, но сердцевина остается хрупкой такое изделие не стоит применять при высоких динамических нагрузках. Такой отпуск используют для измерительных и режущих инструментов из низколегированных и углеродистых с

Среднетемпературный отпуск

Проводится в диапазонах температур 350—500 °C и применяется в основном для штампов, рессор, пружин. Этот отпуск обеспечивает высокие показатели упругости и выносливости, материал после среднетемпературного отпуска способен длительное время противостоять внешнему воздействию и сохранять свои свойства в течение определенного времени эксплуатации. Далее происходит охлаждение детали при температурах 400—500 °C в воде, в следствии чего появляются сжимающие напряжения, увеличивающие предел выносливости пружин.

Высокотемпературный отпуск

Проводится при температуре 500—680 °C. При этом сохраняется вязкость, пластичность и высокая прочность. На производстве высокотемпературному отпуску подвергают детали, которые воспринимают ударную нагрузку (валы, зубчатые колёса).

Старение

---

Это разновидность термообработки, при которой в металле, подвергнутому закалке происходит изменение физико-механических свойств, где основным процессом является распад пересыщенного твердого раствора. Процесс старения может приводить к нежелательным изменениям характеристик металлов. К примеру,после сварки металла сварной шов и прилегающая к нему зона становятся хрупкими. Старение несет и положительное влияние- когда происходит термообработка с целью повышения прочности и др. свойств за счет совокупности процессов закалки и старения.
При термической обработке старение используется в качестве финишной операции для специального класса конструкционных материал

Закалка токами высокой частоты (ТВЧ)

---

Этот метод поверхностной закалки получил большое распространение в машиностроении. Применяется для ответственных деталей, которые работают на износ и одновременно подвергаются действию ударных нагрузок (зубчатые колеса, валы). Целью закалки стали является предельное повышение твердости путем получения мартенситной структуры. Такой вид обработки отличается высоко производительностью поверхностного упрочнения металла.

Отжиг

---

Компания ООО “ППО” предлагает процедуру термической обработки “Отжиг”, которая заключается в нагреве стали выше критических температур, выдержке и дальнейшем, медленном охлаждении до комнатной температуры. Целью отжига является снижение твердости для улучшения обрабатываемости резанием, исправление структуры, улучшение структуры литой стали и уничтожение внутренних напряжений.

Азотирование

---

Азотирование заключается в насыщении поверхностного слоя стали азотом с целью придания поверхности твердости, износоустойчивости и предела выносливости деталей. Помимо того, азотирование повышает коррозионную стойкость. Азотирование является одной из последних и может быть заключительной операцией термообработки и технологического процесса изготовления деталей. Азотирование обычно применяется после процесса шлифовки. Иногда после азотирования производится окончательная доводка размеров шлифованием. Азотированием подвергают шестерни, коленчатые валы мощных двигателей, кулачки и втулки. В последнее время азотируются лопатки и другие детали паровых турбин. Заказать услугу азотирования вы сможете по телефонам компании, либо оставить заявку на сайте.

Карбонитрация (Карбонитрирование)

---

Используется для усиления твёрдости и износостойкости поверхности металла. При этом процессе термической обработки поверхность металла одновременно насыщается углеродом и азотом, создавая препятствия для скольжения, повышая твёрдость и упругость у поверхности материала. Это финишный процесс. При других способах увеличения поверхностной прочности деталей нужно предусматривать припуск на последующую мехобработку,а при карбонитрации в этом нет необходимости. Для карбонитрации используют недорогую, легко обрабатываемую низкоуглеродистую сталь, чтобы придать её поверхностные свойства к более дорогим маркам сталей. Твёрдость карбонитрированной поверхности стали достигает от 55 до 62 HRC. Наши специалисты помогут вам ответить на ваши вопросы по услуге карбонитрации и сделают полный расчет.

Цементация

---

Цементация – вид термической обработки, который заключается в насыщении стали углеродом для придания деталям машин износостойкости и высокой поверхностной твердости, а также повышения предела выносливости (предела усталости). В цементованных изделиях благодаря высокой твердости слоя поверхностности и вязкой пластичной сердцевине удачно сочетаются высокое сопротивление износу и хорошее восприятие ударных нагрузок. Цементации подвергаются детали, работающие в условиях контактного износа и приложения знакопеременных нагрузок: например, втулки, кулачки, поршневые пальцы, валы и т.п. ООО «ППО» предлагает вам оставить заявку на обработку металла цементацией.

Сделать заказ на термообработку деталей можно через форму на странице Оставить заявку, либо по телефонам нашей компании.

Плазменное азотирование – обзор

11.2.1 Плазменное азотирование

Плазменное азотирование выполняется в тлеющем разряде, при этом деталь является катодом, а стенка вакуумного сосуда – анодом (Berghaus, 1932, 1939). Тлеющий разряд в электроположительных газах поддерживается, когда катод испускает электроны и световые кванты из газа при бомбардировке положительными ионами. Плазма содержит примерно равные концентрации положительных ионов и электронов, а также большое количество возбужденных, но нейтральных частиц (Malvos et al., 1989).

Генерация ионов или ионизация в смесях газов, таких как азот, водород и аргон, больше, чем в чистых газах, из-за «эффекта Пеннинга» (Brown, 1994). Области около катода остаются неизменными при изменении расстояния между анодом и катодом. На практике это расстояние ограничено только напряжением (Brown, 1994; Engel, 1965). На Рисунке 11.1 (см. Также Таблицу V между страницами 392 и 393) показаны прикатодные области тлеющего разряда, полученные во время плазменного азотирования при двух различных давлениях.Как видно на рисунке 11.1, давление влияет на толщину темного пространства катода (CDS) и отрицательное свечение (NG). CDS – наиболее важная область тлеющего разряда, поскольку без него невозможно поддерживать тлеющий разряд. Падение потенциала в этом пространстве называется катодным падением (Brown, 1994). CDS становится больше, когда давление разряда уменьшается. Однородность обеих зон тлеющего разряда CDS и NG вокруг катода сложной геометрии зависит от давления газа. Перекрытие зон разгрузки может вызвать неравномерный нагрев.В экстремальной ситуации ток разряда может возрасти в 10 ² –10 ³ раз выше «нормального», когда расстояние между двумя плоскими катодами тлеющего разряда уменьшается или разряд находится в отверстии. Это в конечном итоге приводит к разряда с полым катодом . Рисунок 11.2 (см. Также Таблицу VI между страницами 392 и 393) показывает это явление, наблюдаемое в трубке. Ограниченное пространство для свечения в трубке приводит к возмущениям, вызванным сжатием CDS и NG.

Рисунок 11.1. Тлеющий разряд в смеси 50% азота, 2% метана и 48% водорода вокруг катода сложной геометрии при 550 ° C и различных давлениях: (а) давление = 1,2 мбар; (б) давление = 4,3 мбар. CDS – это катодное темное пространство, а NG – отрицательное свечение.

Фотографии любезно предоставлены Advanced Heat Treat Corp., Монро, Мичиган.

Рисунок 11.2. Эволюция тлеющего разряда с полым катодом в трубке при различном давлении и температуре. Разряд в смеси 30% азота и 70% водорода: (а) Давление = 2.9 мбар и 300 ° C; (b) Давление = 0,5 мбар и 500 ° C после 4 мин изменения давления.

Фотографии любезно предоставлены Advanced Heat Treat Corp., Монро, Мичиган.

Также наблюдается возмущение катодного падения в трубке, вызванное распыленными атомами железа, способствующими образованию пылевой плазмы (Choi et al. , 1991). Повышение плотности тока начинается, когда сливаются два отрицательных свечения и одновременно увеличивается интенсивность свечения. Ионизация в газе увеличивается за счет более быстрых электронов из одной CDS, которые входят в другую (Engel, 1965).

Разряд полого катода очень опасен, поскольку он быстро приводит к неконтролируемому локальному повышению температуры и может привести к повреждению обрабатываемой части (Grün and Günther, 1991; De Sousa and Alves, 1997). Повреждений можно избежать, правильно отрегулировав давление или закрыв отверстия критического размера механической маской. Если контролировать температуру полого катода, это явление можно использовать для очень эффективного азотирования различных деталей с необходимостью упрочнения небольших отверстий, щелей и т. Д.

Существует два типа тлеющих разрядов, которые обычно называют нормальным и аномальным свечением. При нормальном свечении только часть катода покрыта свечением; следовательно, напряжение остается постоянным при увеличении покрытия. Когда вся поверхность катода покрывается, свечение становится ненормальным, и любое увеличение напряжения вызывает увеличение тока. Этот тип разряда используется при плазменном азотировании.

Механизм передачи тепла при нагреве катода в тлеющем разряде очень сложен.Было установлено, что ионная бомбардировка катода ответственна за передачу около 15% тепловой энергии (Marciniak and Karpiński, 1980; Marciniak, 1983). Оставшаяся энергия передается либо бомбардировкой нейтралов, либо излучением от столкновений нейтрального газа в отрицательном свечении. В результате этих механизмов катод в основном нагревается за счет столкновений нейтрального газа в прикатодных зонах разряда (Michel и др. , 1995).

Излучательная способность катода играет важную роль в тепловых потерях на излучение нагреваемых объектов тлеющим разрядом.Объекты с низким коэффициентом излучения могут достигать значительно более высокой температуры, чем те, которые геометрически идентичны, но с высоким коэффициентом излучения (Marciniak and Karpiński, 1980; Marciniak, 1983 и Roliński et al. , 2004, 2014). Реакция нагрева двух идентичных стальных блоков с разной излучательной способностью, азотированных в плазме постоянного тока с холодными стенками, показана на рисунке 11.3. Пескоструйный образец с более высоким коэффициентом излучения достиг более низкой температуры, чем измельченный образец с более низким коэффициентом излучения.

Рисунок 11.3. Температурные профили взорванных и отшлифованных блочных образцов из стали AISI-SAE 1008 при плазменном азотировании.

Перепечатано из Roliński et al. (2004) с разрешения Мани.

Передача энергии катоду во время нагрева тлеющим разрядом представляет собой комбинацию излучения природного газа и обмена кинетической энергии на тепловую энергию частиц, бомбардирующих его. В печах плазменного азотирования с холодными стенками однородность температуры является результатом тепловыделения тлеющим разрядом и излучения на стены (Marciniak and Karpiński, 1980).На тлеющий разряд влияет давление (Русет, 1991) и тепловые потери, которые контролируются надлежащим экранированием (Русет, 1994). Снижение локальной температуры катода приводит к локальному уменьшению плотности тока. Это приводит к уменьшению локальной плотности мощности нагрева, подводимой к поверхности катода (Marciniak, 1988). Следовательно, можно ожидать неравномерного азотирования. Для контроля температуры катода требуются специальные устройства, поскольку типичная термопара, используемая в термической промышленности, не может быть легко использована в условиях плазмы (Edenhofer, 1978).В плазменных технологиях используются различные устройства контроля температуры, в том числе инфракрасные термометры, провода термопар под высоким напряжением тлеющего разряда и провода термопар, защищенные от высокого напряжения.

Процесс и применение азотирования газа

Азотирование и поведение в металлургии

Газовое азотирование – это форма термической обработки стали, при которой используется тепло для диффузии богатого азотом газа на поверхность металла с целью его закалки.Процесс нитридного упрочнения интегрируется в объемный материал, позволяя части металла под поверхностным слоем оставаться мягкой.

Аммиак – наиболее часто используемый газ, который при контакте с металлом разделяется на азот и водород. Только азот диффундирует на поверхность, образуя нитридный слой. Методы закалки (например, закалка в масле) не требуются, и это не влияет на свойства сердцевины металла.

Газовое и жидкое азотирование

Газовое азотирование диспергирует газ в металле за счет тепла в печи или герметичной атмосфере.При жидкостном азотировании используется смесь цианистых солей в ванне.

Жидкость требует меньше тепла, чем газовая, а затвердевший состав на поверхности детали толще.

Операция проста и время обработки быстрее, чем при использовании метода на основе газа, но оставшиеся соли очень токсичны. Газовый процесс предусматривает более простые способы удаления азотирующего агента.

Азотирование и науглероживание

Науглероживание похоже на газовое азотирование в том смысле, что это процесс, основанный на нагревании, который обеспечивает износостойкую, противозадирную поверхность.Вместо азота в основе лежит углерод. Закалка и отпуск могут потребоваться для минимизации деформации, поскольку в процессе закалки происходят изменения микроструктуры. Оболочка, образующаяся в процессе нитридной закалки, не такая толстая, как науглероживание.

Преимущества газового азотирования

• Низкая стоимость по сравнению с другими случаями применения. Процесс протекает при минимальном необходимом контроле, компоненты постобработки имеют стабильные размеры, а операции после термообработки практически не требуют никакой обработки.
• От нулевого до минимального искажения деталей, что позволяет точно контролировать размеры.
• Возможность большой громкости. Размер печи является основным ограничивающим фактором.
• Устойчив к износу и коррозии.
  • Повышенная усталостная прочность
• Можно точно контролировать расход газа, а детали можно замаскировать, предотвращая затвердевание в некоторых областях. Это позволяет производить обработку после нанесения, производятся
• чистые детали без остатков, которые сопровождают солевые ванны, науглероживание и
• другие процессы.

Приложения для наилучшего использования

Соединенные Штаты начали разработку процессов азотирования в начале 1900-х годов, но до окончания Второй мировой войны интереса к промышленным применениям не было. В приложениях, требующих повышенной усталостной прочности и точности, таких как экструзионные винты и прецизионные шестерни, наиболее целесообразно газовое азотирование.

Высоконагруженные детали машин и низколегированные стали также выигрывают от долговечности, достигаемой с помощью этого процесса. Без этого футляра инструменты из низкоуглеродистой стали могут подвергнуться коррозии раньше, чем ожидалось.Автомобильные детали, такие как коленчатые валы, детали клапанов и пружины, могут сохранять пластичность, предотвращающую растрескивание в экстремальных условиях.

Из-за его повышенной коррозионной стойкости и противозадирных свойств, это основной процесс, используемый в компонентах самолетов, от поршней, штоков и прокладок до пальцев вала, гаек и болтов.

Процесс отверждения нитридами

Процесс нитридного упрочнения используется в основных компонентах строительной техники из-за обеспечиваемых им скользящих свойств, предотвращающих потертости и вмятины.Уточнение процесса за счет понимания задействованной кинетики привело к получению более толстого упрочненного слоя и исследованию более широкого диапазона областей применения.

Компания

Specialty Steel Treating является экспертом в области термической обработки стали. У нас более 60 лет опыта работы в различных отраслях. Свяжитесь с нами для получения предложения сегодня.

Процесс азотирования и его цель

Аммиак атмосферный

Хотя процесс азотирования относится к химическим, он тесно связан с технологией термообработки.При описании стадий мы видим, как компонент из легированной стали входит в область нагрева, в которой металл нагревается до тех пор, пока его микрокристаллическая структура не окажется на пороге превращения. В этот момент в атмосферу добавляется газообразный аммиак, и на поверхности горячего металла происходит сложная игра волшебства, зависящего от температуры. Газ, наполненный аммиаком, представляет собой облако короткоцепочечных молекул, связывающих азот с водородом. Когда газообразное соединение вступает в контакт с горячей поверхностью, оно распадается, разделяясь на чистый азот и водород.

Диффузия нитрида

По мере того как контролируемая атмосфера распадается на основные атомные составляющие, на объекте образуется тонкая закаленная поверхность. Это не отдельная пленка, это часть металла, цементированный слой, который быстро проходит закалку. И поскольку закалка часто является источником структурных искажений, на химической стадии закалка достигается без введения напряжения, вызванного закалкой. Печи для азотирования повышают износостойкость поверхности, улучшают сопротивление усталости, а слой обеспечивает существенный барьер для коррозии.Между тем, все это усиленное умение обходится бесплатно. Используемые температуры ниже преобразующего термического барьера, поэтому основные механические свойства остаются неизменными.

Контролируемый рабочий процесс

Контролируемая с помощью компьютера закачка в атмосферу в сочетании с термостатически управляемой рабочей станцией для обеспечения оптимального выполнения рабочего процесса от начала до конца. Равномерное нанесение газообразного аммиака проникает в каждый заблокированный угол, каждое отверстие и геометрический контур, чтобы вступить в реакцию с горячим металлом сплава.Доступны специальные ленты для маскировки участков детали, если это желательно. Эта интеллектуальная практика маскирования блокирует области, требующие дальнейшей обработки.

Конечный контроль процесса азотирования упрочняет стальные сплавы без добавления напряжения. Чрезвычайно желательный элемент с поверхностной закалкой не требует закалки, его можно контролировать в атмосфере, а добавленные ступени диффузии могут легко устранить эффект наслоения мелово-белого цвета без ущерба для производительности. В дополнение к газовым методикам, необходимо рассмотреть также установки для соляной ванны и плазменного азотирования.

Процесс азотирования в соляной ванне и его более безопасная альтернатива

Азотирование – это популярный метод упрочнения, известный своими качествами при относительно низких температурах процесса.
Азотирование в соляной ванне, также известное как ферритная нитроцементация (FNC), – один из самых популярных способов достижения этих результатов, но не единственный. На самом деле, это не самый безопасный способ.

Принцип действия азотирования в соляной ванне

Отличительной чертой азотирования в соляной ванне является ванна расплава соли (обычно цианида или других солей), в которую погружаются части.Этот метод отличается переносом посредством диффузии углерода и азота от солевого расплава к поверхности стальной детали. Он остается популярной техникой упрочнения, поскольку предлагает:

• Повышенная твердость и износостойкость поверхностей деталей, при этом стержни остаются более мягкими и пластичными.
• Повышенная коррозионная стойкость.
• Значительно снижен риск деформации благодаря сравнительно более низкой температуре обработки.

Преимущество процесса азотирования в соляной ванне заключается в том, что он проводится при более низких температурах, что позволяет деталям оставаться в ферритной фазе, что снижает риск деформации во время обработки.
Популярность азотирования в соляной ванне во многом объясняется успешным маркетингом техниками термообработки фирменных процессов FNC, основанных на методе солевой ванны. Повсеместное распространение этих процессов азотирования под торговой маркой часто оставляет инженеров не подозревающими или скептически относящимися к тому, что те же металлургические свойства могут быть достигнуты с помощью ферритной нитроцементации в печи.

Проблемы с азотированием в соляной ванне

Как мы уже упоминали, азотирование в соляной ванне может привести к некоторым проблемам как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения затрат:

• Растворы цианистого каустика подвергают операторов риску серьезных травм при попадании расплавленной соли на кожу.
• Детали с негерметичными швами или детали сложной формы могут задерживать солевой раствор даже после тщательной промывки. Это подвергает рабочих риску дополнительного воздействия каустика, если впоследствии соль высыпается, и может увеличить риск коррозионного повреждения деталей.
• Ванны с расплавленной солью нельзя выключить. Соль должна оставаться расплавленной, поэтому ванны должны оставаться горячими, даже когда ими не пользуются.

Безопасность и экономия с газом FNC

Одна из постоянных в металлургии – это способность достигать одних и тех же результатов с помощью различных процессов.Так обстоит дело при сравнении деталей, закаленных в соляных ваннах, с деталями, закаленными в печах FNC.
Gas FNC обеспечивает минимальный риск деформации, коррозионную стойкость и более высокую твердость на поверхности и сохраняет пластичность сердечника, так же как процесс азотирования в соляной ванне. Но газовые FNC сопряжены с меньшими опасностями и головной болью. При этом не используются едкие химические вещества, не требуется дополнительная очистка, а газовые печи – в отличие от соляных котлов – можно выключать, когда они не используются.
В Пауло мы в основном используем аммиак в сочетании с другими углеродсодержащими газами для подачи азота и углерода в стальные детали. Кроме того, наши газовые печи оснащены цифровым управлением технологическим процессом, которое позволяет нам настраивать обработку в соответствии с точными температурами и концентрациями газа. Это позволяет нам соответствовать даже самым точным и уникальным спецификациям.

Пауло впереди

Мы поднимаем наши возможности газовой FNC на новый уровень. Планируемая модернизация оборудования включает в себя массивную газовую печь FNC на нашем заводе в Санкт-Петербурге.Louis Division и новый нитридер низкого давления с улучшенным цифровым управлением технологическим процессом в нашем подразделении в Нэшвилле. Кроме того, дополнительные мощности FNC станут доступны после завершения строительства нашего новейшего подразделения в Монтеррее, Мексика.
Наша цель в Paulo – больше походить на отдел в рамках собственных производственных мощностей наших клиентов. Это означает, что мы подходим к нашей работе с учетом высокой производительности, экономии и управления рисками. Для достижения такого баланса необходимы ведущие экспертные знания, накопленные за 75 лет работы.
Если у вас есть вопросы или вы хотите обсудить методику азотирования с металлургом, свяжитесь с нами. Наши специалисты всегда рады помочь. Чтобы получить дополнительную информацию об управлении рисками при термообработке, загрузите наше руководство.

Азотирование для сопротивления коррозии и износостойкости

Основная цель инженерии поверхности – улучшить поверхностные механические свойства материалов, в то время как объемные свойства, такие как механическая прочность, ударопрочность, плотность и т. Д.- все еще поддерживаются. Поверхностные аспекты материалов, которые инженеры учитывают в своих процессах проектирования, в основном классифицируются как износ, усталость и коррозия. Хотя износ и усталость считаются механическими повреждениями, они часто сочетаются с коррозией. (Чтобы узнать больше, прочтите «Влияние коррозии на предел прочности и пластичность материала».)

Когда эти типы повреждений объединяются, результаты могут быть сложными. Например, усталостное разрушение стальных компонентов предотвращается, когда прикладываемое циклическое напряжение меньше определенного значения, известного как «предел усталости».«Знание этого значения важно для инженеров-механиков, которые хотят контролировать утомляемость. Однако в присутствии агрессивной среды предел выносливости материалов значительно снижается, и, таким образом, определение предела выносливости становится более трудным. очень часто используется для повышения коррозионной стойкости материалов, а также повышения износостойкости или усталостной прочности.

Методы повышения долговечности

Методы, которые используются в проектировании поверхностей для контроля износа и усталостных трещин, делятся на два типа:

1. Нанесение покрытия
   Это включает нанесение высокоэффективных покрытий на поверхность материала.В некоторых случаях на поверхность наносят очень твердые покрытия, такие как карбиды хрома, титана или нитриды титана. (Обсуждается в статье Эрозионная коррозия: покрытия и другие профилактические меры.) Эти покрытия обычно обладают хорошей коррозионной стойкостью и высокой износостойкостью. Однако неизбежные дефекты покрытий, такие как прослойки, трещины и проколы, могут вызвать проблемы с точки зрения коррозии из-за воздействия на основание коррозионной среды. Существует множество различных методов нанесения покрытий, стойких к износу и усталости, таких как гальваника, физическое осаждение из паровой фазы (PVD), химическое осаждение из паровой фазы (CVD), импульсное лазерное осаждение (PLD) и т. Д.
2. Модификация поверхности
   В этом методе структура и химический состав поверхности материала изменяются без нанесения внешнего покрытия; Поверхность металла модифицирована для удовлетворения требований к поверхности. Модификация поверхности обычно осуществляется путем диффузии одного или нескольких элементов в поверхность металла. Например, в процессе науглероживания атомы углерода проникают через поверхность стали, создавая на поверхности очень высокое содержание углерода и мартенситную структуру высокой твердости, в то время как сердцевина стали представляет собой высокопрочный и пластичный металл.(Для получения дополнительной информации см. Общие сведения о науглероживании: положительное и отрицательное воздействие на металлы.) Эти типы процессов часто называют диффузионными покрытиями.

Защита путем модификации поверхности

Поскольку диффузия элементов зависит от времени и температуры, эти процессы выполняются при высоких температурах. Элементы, которые выбираются для диффузии в стальные детали, обычно представляют собой элементы с небольшим атомным радиусом, такие как углерод, азот и бор. Такие элементы имеют более высокую скорость диффузии в стали, и их небольшое количество может резко повысить твердость стали.

Как упоминалось выше, модификация поверхности преимущественно используется для улучшения характеристик поверхности от механических повреждений. Однако некоторые из них также обладают отличной коррозионной стойкостью. Следовательно, некоторые из этих покрытий могут быть хорошими кандидатами для защиты как от механических повреждений (износ и усталость), так и от коррозии одновременно.

Процесс азотирования

Азотирование, один из наиболее важных и распространенных процессов модификации поверхности, может улучшить сопротивление коррозии поверхности стальных деталей, а также повысить износостойкость и сопротивление усталости.В этом процессе, изобретенном в начале 1900-х годов, атомарный азот проникает через поверхность стали и вступает в реакцию с атомами подложки (преимущественно железа) с образованием нитридов. Нитриды металлов твердые и повышают износостойкость поверхности. Это хорошо известный процесс термической обработки стальных деталей для улучшения их сопротивления износу и усталости. Твердость азотированного слоя достигает 65 твердости по Роквеллу (RC), в то время как твердость подложки обычно составляет около 45 RC. Коррозионная стойкость азотированного слоя превосходна во многих средах.

Возможно одновременное проникновение в металлическую поверхность атомов азота и углерода. Этот процесс называется нитроцементацией или нитроцементацией, в зависимости от того, какой элемент преобладает при проникновении.

Подробная информация о азотировании

Есть много различных торговых наименований, таких как Arcor, Tenifer, Tufftride, Melonite, Tenoplus, QPQ и т. Д., Которые были запатентованы. Они различаются в зависимости от конкретных условий процесса азотирования. Среда, используемая в качестве источника атомарного азота, может быть плазмой, газом или расплавом солей.

Азотированный корпус на стали не является однослойным, а фактически состоит из двух зон:

• Составная зона, которая называется «белым слоем» и идентифицируется как смесь различных фаз металлических нитридов.
• Зона диффузии, расположенная под белым слоем, состоит из железа с высоким содержанием азота в сочетании с частицами нитрида металла.

Поскольку белый слой чрезвычайно твердый, но очень хрупкий, рекомендуется исключить эту зону в случае износа и усталости.Однако белый слой обладает высокой коррозионной стойкостью. Поэтому в случаях, когда возникает проблема с коррозией, может быть полезен белый слой. Например, когда смазочные материалы на водной основе используются при износе, поверхность должна иметь высокую коррозионную стойкость.

Для процесса Arcor после нитроцементации в расплаве соли на поверхности образуется слой черного оксида железа (Fe ₃ O ₄ ) путем погружения азотированных стальных компонентов в другую расплавленную соль на пару минут.Процесс образования черного оксида, известный как процесс почернения, может повысить коррозионную стойкость поверхности в атмосферных и нейтральных растворах. Слой черного оксида является пористым, и эта особенность не только улучшает характеристики трения поверхности за счет улучшения приработки смазки, но также может обеспечить хорошую основу для антикоррозионных покрытий, поскольку открытые поры в оксидном слое могут улучшить адгезия покрытий к поверхности.

Метод смягчения последствий

Хотя азотирование – это хорошо известный процесс термообработки стальных деталей для уменьшения поверхностных механических повреждений, таких как износ, истирание, эрозия, усталость и истирание, этот процесс может быть полезен при коррозии в системе нужно контролировать.Другими словами, инженерам по коррозии следует рассматривать азотирование как метод уменьшения коррозии, особенно когда коррозия может сопровождаться механическими повреждениями.

Упрочнение поверхности коленчатых валов – высокопроизводительные среды

В предыдущей статье мы рассмотрели закалку и отпуск коленчатых валов. В этом месяце мы рассмотрим заключительный и, вероятно, самый важный этап термообработки, а именно обработку поверхности, особенно нитридную закалку, более известную как «азотирование».Азотирование – это, по сути, обработка поверхности, и его эффект распространяется на конечное расстояние под поверхностью детали.

Прежде, чем мы начнем, мы должны отметить, что азотирование, хотя и чрезвычайно популярное для гоночных коленчатых валов, не является универсальным. Существуют различные другие виды обработки, обеспечивающие локальное улучшение ткани коленчатого вала вблизи поверхности, которые использовались и остаются популярными сегодня. «Туфферинг» или варианты этой нитроцементационной обработки все еще имеют некоторых сторонников, и это действительно обеспечивает износостойкую поверхность.Однако «туффтрайдинг» – это только очень поверхностный подход. Индукционная закалка (или, реже, закалка пламенем) применяется к опорным поверхностям и галтелям и направлена ​​на повышение объемной твердости слоя у поверхности, локально увеличивая прочность и, следовательно, износостойкость и усталостные свойства. Науглероживание, или цементация, в настоящее время в значительной степени не в моде, хотя оно предпочиталось в прошлом, до изобретения азотирования или когда азотирование находилось на менее продвинутой стадии развития.В результате этого процесса углерод проникает в поверхность низкоуглеродистой стали, повышая ее прокаливаемость. Это может привести к значительному увеличению твердости при значительной глубине корпуса и сопутствующему увеличению износостойкости и усталостной прочности. Однако из-за твердости, закалки и отпуска этой обработки деформация может быть очень серьезной проблемой.

Таким образом, мы подошли к азотированию, которое отдают предпочтение большинству производителей коленчатых валов для гоночных автомобилей, особенно для единичных обрабатываемых деталей.Азотирование направлено на диффузию азота на поверхность специально легированных сталей, богатых элементами, которые являются сильными нитридообразующими элементами, особенно хромом, молибденом и иногда алюминием, ванадием и вольфрамом. Существует два основных типа процессов нитридного упрочнения, а именно газовое азотирование и плазменное азотирование. В этих двух процессах есть сходство, хотя методы очень разные. Оба происходят при температуре около 500 ° C (900 ° F), и оба являются относительно длительными процессами, часто занимающими десятки часов, а в некоторых случаях более 100 часов.Относительно низкая температура обработки по сравнению с цементацией означает, что искажение должно быть гораздо менее выраженным.

Газовое азотирование – это более старый процесс из двух, и все еще самый популярный с точки зрения количества обрабатываемых деталей. Детали подвешены в печи с атмосферой, богатой азотом (чаще всего диссоциированным аммиаком). При газовом азотировании образуется твердый рыхлый слой, часто называемый белым слоем. Он может быть очень износостойким, но из-за своей хрупкости может отслаиваться и вызывать проблемы, так как образует очень твердый мусор.Кроме того, в этом слое могут образовываться усталостные трещины, поэтому коленчатые валы обычно шлифуют после газового азотирования. Удаление белого слоя на филе очень важно, и некоторые производители тестируют детали, используя простой химический тест, чтобы конкретно проверить, было ли это достигнуто.

Плазменное азотирование обычно проводят при низком давлении (обычно несколько миллибар), при этом детали электрически заряжены и образуют катод. Свечение, которое кажется исходящим от деталей, привело к тому, что этот процесс часто называют азотированием тлеющим разрядом.Тепло, выделяемое разрядом, позволяет азоту диффундировать в материал. Есть некоторые виды обработки, которые имеют относительно плохое «покрытие» небольших канавок или отверстий, что вызывает определенное беспокойство у производителей коленчатых валов. Однако существуют более новые методы обработки, которые могут преодолеть это отсутствие проникновения и, следовательно, могут помочь в лечении нефтяных скважин и т. Д.

Оба метода используются на высшем уровне в автоспорте, хотя для более массовых применений газовое азотирование остается более распространенным.

Автор Уэйн Уорд.

Экспериментальное исследование влияния температуры на свойства нитридных слоев на инструментальной стали X37CrMoV51, используемой в экструзионной алюминиевой промышленности

Материалы (Базель). 2020 Май; 13 (10): 2311.

Мария Рихерт

² AGH University of Science and Technology, str. Gramatyka 10, 30-067 Краков, Польша; мок.liamg @ aroiweiwlecram

Marcel Wiewióra

² AGH University of Science and Technology, str. Gramatyka 10, 30-067 Краков, Польша; moc.liamg@aroiweiwlecram

Поступила 31 декабря 2019 г .; Принято 11 мая 2020 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья – статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Эта статья цитировалась другими статьями в PMC. .

Abstract

В статье рассматривается влияние времени и температуры отжига на свойства нитридного слоя инструментальной стали X37CrMoV51, используемой в производстве алюминия методом экструзии. Образцы из стали X37CrMoV51 были закалены и отпущены, а затем азотированы при 530 ° C. После азотирования образцы отжигали в печи при 470 ° C в течение 8 ч, 12 ч, 24 ч, 30 ч и 60 ч, а также дополнительно 20 ч при 270 ° C. Образцы испытывали на структуру, твердость и истирание сразу после азотирования и снова после отжига.Установлено, что отжиг азотированных образцов приводит к разрушению нитридного слоя, что приводит к снижению твердости. Отжиг образцов при 470 ° C в течение 12 часов вызывает снижение среднего значения твердости с 1176 HV до 1103 HV, а отжиг образцов в течение 30 часов при этой температуре приводит к снижению твердости до 964 HV. Оценивались изменения содержания азота в белом (составном) и диффузионном слоях и возникающие последствия изменения фазового состава и свойств.Отжиг в течение 30 ч при 470 ° C привел к исчезновению белого слоя и снижению среднего содержания азота в диффузионном слое до уровня около 5–6 ат.%.

Ключевые слова: азотирование , экструзионные матрицы, твердость, структура

1. Введение

Азотирование поверхностей инструмента – один из наиболее часто используемых видов термической обработки инструментальных сталей. Процесс азотирования увеличивает твердость поверхностных слоев, а также устойчивость к истиранию и коррозии [1,2,3,4].

Свойства, достигаемые азотированием, могут измениться из-за использования штампов и их отжига. Во время процесса экструзии фильера подвергается воздействию высоких температур, которые влияют на состояние поверхности. Перед помещением штампов в пресс их нагревают, что также влияет на состояние нитридного слоя.

Матрицы для экструзии алюминиевых сплавов подвергаются многократной регенерации путем вторичного азотирования, что приводит к многократной высокотемпературной обработке. Необходимость регенерации возникает из-за истирания азотированного слоя с поверхности калибровочной опоры штампов в процессе их эксплуатации.

Азотирование заключается в диффузии азота в поверхностный слой стали. Его проводят в интервале температур 500–650 ° С в атмосфере аммиака. При температуре выше 400 ° C аммиак разлагается по реакции NH ₃ → 3H + N. Атомарный азот диффундирует в сталь и образует нитридные фазы. При температуре 591 ° C нитридный слой состоит из трех фаз: нитрида ε-Fe ₂ N, нитрида γ′-Fe ​​ ₄ N и феррита азота, содержащего 0,01% азота при комнатной температуре.При температуре 600–650 ° C образуется γ-фаза, которая при медленном охлаждении до температуры 591 ° C превращается в эвтектоид ε + γ ′ [5,6,7,8,9].

Твердость нитридного слоя достигает уровня 1100–1200 HV и должна оставаться на этом уровне при повторном нагреве до рабочих температур 500–600 ° C. Нитридный слой закаленной стали износостойкий.

Процесс азотирования, который длится примерно от 20 до 50 часов, дает слой толщиной 0,2–0,4 мм.Повышение температуры азотирования вызывает увеличение толщины нитридного слоя, однако снижает его твердость, что отрицательно сказывается на стойкости к истиранию. Литературные данные показывают, что более низкая температура азотирования способствует высокой твердости нитридного слоя и хорошей стойкости к эрозии и коррозии [1,2,3].

Эффект присутствия азота в атомной структуре стали заключается в образовании нитридов и внедрении азота в кристаллическую решетку.В зависимости от концентрации азота можно найти разные стехиометрические составы нитридов. Нитриды в виде соединений, таких как нитрид титана [10] или нитрид бора [11], характеризуются высокой твердостью и тугоплавкими свойствами и используются в производстве лезвий режущих инструментов, огнеупорных лабораторных сосудов и защитных покрытий. Нитрид галлия использовался при создании синего лазера [12]. Как и некоторые оксиды, нитриды могут поглощать водород и рассматриваются как хранилища водорода, например.ж., нитрид лития [13].

В зависимости от концентрации азота в сталях различают стехиометрический состав нитридов. Помимо нитридов, образующихся в результате соединения азота и железа, таких как Fe ₂ N и Fe ₄ N, нитриды CrN также образуются в сталях, содержащих хром [14,15,16,17,18, 19]. Образование фазы CrN приводит к снижению коррозионной стойкости нитридного слоя в хромсодержащих сталях. Фаза CrN образуется при азотировании выше 500 ° C и часто встречается при использовании традиционных методов азотирования [1,2].Осадки CrN, растворенные в феррите, очень твердые. Повышение температуры вызывает их слияние, что приводит к потере когерентности с решеткой и снижению твердости, а также к изменению профиля дальнодействующих внутренних напряжений. Эти изменения происходят уже при азотировании.

В зависимости от содержания азота могут образовываться фазы нитрида железа с различной структурой и свойствами. Железо имеет пять нитридов, наблюдаемых в условиях окружающей среды: Fe ₂ N, Fe ₃ N ₄ , Fe ₄ N, Fe ₇ N ₃ и Fe ₁₆ N ₂ [15, 19,20].Это кристаллические металлические твердые частицы. Недавно было высказано предположение, что фазовая диаграмма нитридов железа может быть расширена до еще более богатых азотом соединений, таких как фазы γ ″ -FeN и γ ‴ -FeN [21].

Все нитриды железа являются металлическими проводниками и метастабильны по отношению к разложению на Fe и N ₂ . Разложение ограничено кинетическими барьерами. Атомарный азот может быть растворен в объемно-центрированной кубической (ОЦК) решетке α-Fe до концентрации около 0.4 ат.% N без значительного искажения решетки. При растворении более 2,4 ат.% N в чистом Fe ОЦК-решетка претерпевает тетрагональную деформацию. В диапазоне составов до примерно 11 ат.% N соединение нитрида железа называется азотным мартенситом α ‘. Эта фаза имеет объемноцентрированную тетрагональную (ОЦТ) структуру с параметрами решетки, зависящими от содержания азота. Атомы N занимают беспорядочно октаэдрические полые позиции в подрешетке Fe. При насыщении азотный мартенсит имеет состав Fe ₈ N.Α′-Fe ₈ N может превращаться в фазу α ″ -Fe ₁₆ N ₂ . В этой фазе упорядочиваются N атомов. Он может образовываться в особых условиях из Fe, но не в чистом виде. Фаза α ″ -Fe ₁₆ N ₂ привлекла значительное внимание из-за возможной очень высокой намагниченности насыщения, которая, как сообщается, варьируется от 2,4 Тл до 3,2 Тл [16]. Следующей фазой содержания азота является фаза γ′-Fe ​​ ₄ N (роальдит), которая является кубической, с подрешеткой Fe, расположенной в гранецентрированной кубической (ГЦК) структуре, а атомы азота занимают объемно-центрированное положение. 1/4.Как показано на фазовой диаграмме, эта фаза имеет узкий диапазон составов около 20 ат.% N. Параметр решетки составляет 3,795 Å, а намагниченность насыщения составляет от 1,8 Тл до 1,9 Тл [17]. Величина намагниченности насыщения в этом диапазоне несколько ниже, чем у чистого железа (2,21 Тл), что делает эту фазу несколько менее привлекательной по сравнению с Fe.

Авторы работы [21] указывают на важную роль углерода в процессе фазовых переходов в нитридном слое и его влияние на внутренние напряжения в этой зоне.Диффузия углерода подразумевает сложную последовательность осаждения и термодинамическую эволюцию, которые изменяют изменение объема во время азотирования. Превращение исходных карбидов в нитриды снижает кинетику азотирования и противодействует выделению цементита. Обезуглероживание поверхности включает уменьшение объемной доли цементита во время азотирования, что приводит к разгрузке поверхности и, таким образом, к снижению остаточных напряжений. В процессе азотирования поверхность подвергалась механическому нагружению-разгрузке за счет изменения объема.Распределение остаточных напряжений в основном определяется термохимическими модификациями, вызванными диффузией азота и углерода.

Исследования показывают, что сопротивление истиранию нитридного слоя зависит от типа метода азотирования [22]. Исследования G. Kugler et al. [23] показали, что наличие составного (белого) слоя защищает поверхность штампов от химической реакции с горячим алюминием [24]. Было обнаружено, что отжиг фазы ε-Fe ₃ N приводит к выделению фазы γ′-Fe ​​ ₄ N.В этой работе также было обнаружено, что длительный отжиг ε-фазы вызывает ее гомогенизацию.

В целом следует подчеркнуть, что любое воздействие на инструмент с азотированной поверхностью высоких температур приводит к изменению нитридного слоя. В сочетании с изменениями, происходящими в подложке, заключающимися в снижении плотности дефектов (восстановление, полигонизация) и выделении или разложении карбидов, а также их коагуляции, это влияет на свойства нитридного слоя.В частности, изменяются твердость и износостойкость азотированной поверхности. Уменьшение этих свойств сокращает срок службы штампов и увеличивает производственные затраты.

Объем и масштаб изменений, влияющих на долговечность штампов, имеют решающее значение в связи с практикой использования штампов в промышленности. С этой точки зрения, чем более стабильна твердость азотированного слоя, тем лучше прогноз прочности и полезности штампа.

Постоянное развитие рынка алюминия приводит к увеличению спроса на штампы.Согласно прогнозу Международного энергетического агентства, между 2023 и 2030 годами спрос на алюминий вырастет более чем на 50 процентов, в частности, благодаря быстрому развитию светодиодного освещения и развитию автомобильной промышленности [25]. . Крупнейшим предприятием по производству алюминиевых изделий в Польше является Grupa Kęty S.A. S.A., компания с давними традициями [11]. Grupa Kęty S.A. предполагает, что к 2019 году она станет лидером в производстве алюминиевых профилей в Польше с объемом продаж 1 364 млн злотых на польском рынке алюминия [26].

Развитие алюминиевой промышленности ведет к развитию производства и термообработки штампов, необходимых для производства алюминиевых профилей. Из-за важности вопроса долговечности штампа, процесс азотирования постоянно совершенствуется компаниями, производящими печи для азотирования. Таким образом, все исследования по этому предмету способствуют расширению знаний по этому предмету и совершенствованию технологии азотирования.

В данной работе влияние температуры на свойства нитридного слоя инструментальной стали X37CrMoV51 (1.Инструментальная сталь 2344). Отжиг проводился в течение различных периодов времени (8–60 ч) и оценивалось влияние заданных условий термообработки на структурные эффекты и свойства нитридного слоя.

2. Материалы и методы

Исследуемые образцы азотировали в печи Nitromax в промышленных условиях.

Образцы, изготовленные из стали X37CrMoV51, были закалены и отпущены, а затем азотированы при 530 ° C в соответствии с запатентованной технологией Grupa Kęty SA (Кенты, Польша), основанной на технологии NITREG, в условиях, в которых промышленные штампы в Grupa Kęty S .A. S.A. азотированы. Во время первичного азотирования на фильерах должен быть сформирован диффузионный слой толщиной от 120 до 140 мкм. Толщина белого слоя должна составлять от 4 до 6 мкм, а твердость – более 1000 единиц.

После азотирования образцы отжигали в печи при 470 ° C в течение 8 ч, 12 ч, 24 ч, 30 ч и 60 ч, а также дополнительно 20 ч при 270 ° C. Образцы были испытаны в соответствии со следующими процедурами на структуру, твердость и сопротивление истиранию сразу после азотирования и снова после отжига.

Исследования проводились на сечениях. После вырезания образца он был отшлифован абразивной бумагой № 300 и № 1200 и отполирован алмазной пастой с размером зерна 9 мкм, 3 мкм и 1 мкм. Окончательная полировка проводилась с использованием суспензии кремнезема OP-S в соответствии с процедурами компании Struers. На следующем этапе образцы протравливали в реагенте Nital следующего состава: 5 мл HNO ₃ + 100 мл C ₂ H ₅ OH.

Микроструктуру образцов исследовали с помощью оптического микроскопа Olympus GX-51 (Краков, Польша) и растрового электронного микроскопа Hitachi SU-70 (Краков, Польша), оснащенного энергодисперсионным рентгеновским анализом (EDX).

Микротвердость нитридного слоя исследовали на приборе Shimadz HMV-G (Краков, Польша) по методу Виккерса с нагрузкой 0,9807 Н.

Химические анализы в микроплощадке азотированной стали и оксидов железа, образующихся в виде Результат газового азотирования проводили с помощью электронно-зондового микроанализатора Jeol SuperProbe JXA-8230 (Краков, Польша), оснащенного спектрометрическим рентгеновским анализом (WDS). Испытания проводились в лаборатории критических элементов AGH -KGHM на факультете геологии, геофизики и защиты окружающей среды Научно-технического университета AGH в Кракове.Исследования азотированной стали проводились с использованием электронно-зондового микроанализатора с ускоряющим напряжением 15 кВ и силой тока 50 нА, тогда как при измерениях оксидов железа сила тока составляла 40 нА. Время анализа каждого элемента составляло 20 секунд в положении максимума пика и 10 секунд в положении фона до и после пика. Размер пучка был <1 мкм. Для анализа стали использовались следующие линии и стандарты: BN (NKα), Fe (FeKα), Mo (MoLα), V (VKα), Cr (CrKα).Для анализа оксидов железа использовали следующие линии и стандарты: BN (NKα), фаялит (FeKα), Mo (MoLα), V (VKα), Cr ₂ O ₃ (CrKα).

3. Результаты

Исследования структуры образцов непосредственно после азотирования показали, что на их поверхности образовался белый (составной) слой (). Толщина этого слоя оценивалась примерно в 7–8 мкм, а глубина диффузионного слоя – примерно в 70 мкм ().

Белый слой в азотированных образцах печи Nitromax; микроструктура 1.Инструментальная сталь 2344 после газового азотирования показана в оптическом микроскопе; толщина белого слоя ~ 7 мкм, диффузионного слоя ~ 70 мкм.

Для оценки содержания азота в исследуемых слоях применяли EDX-метод анализа химического состава с помощью сканирующего микроскопа. Места, где был определен химический состав, показаны в, а количественные результаты испытаний химического состава показаны в. Высокий уровень азота и структурный фазовый контраст позволили идентифицировать белый (составной) слой.Белый слой содержал более 21 ат.%. азота, что означает диапазон присутствия γ ‘+ ε, или ε-Fe ₂ N нитрида, γ′-Fe ​​ ₄ N нитрида и феррита азота, который содержит 0,01% азота при комнатной температуре (). также приведены результаты, указывающие на наличие диффузионного слоя с азотом в диапазоне 3,9–7,2 ат.%. Эти значения указывают на степень присутствия смеси эвтектоидов α + γ ‘, состоящей из фаз: γ‘-Fe ₄ N нитрид и α-нитрид феррит.

Точечный анализ химического состава: белый слой – точки 1, 4–7; диффузионный слой – точки: 2, 3, 8, 9, 10, 16, 17; а стальная матрица – точки 11–14 в 1.Сталь 2344 после газового азотирования.

Карта распределения элементов в белом слое азотированного образца.

Таблица 1

Результаты анализа химического состава в точках, отмеченных значком.

4444697 9024 904 0,582 9024 904 904 7 824 9024 904 7 824

	N	Mo	Fe	V	Cr	Тип нитридного слоя
	Атомный%					9023
84,946	0,961	5,237	Диффузионный слой
3	5,532	0,703		85,036			85,036			5,432	5,432	4,606	Составной слой (белый слой)
5	21,563	0,557	70,355	1,220	4.572
6	22,615	0,488	69,383	0,627	5,062
7	21,513	0,514	9024 9024 9024 904 7,513	0.601	83.927	0.727	5.295	Диффузионный слой
9	7.117	0.597	84.045	0.698	5,256
10	3,823	0,693	86,829	0,780	5,528
11	0,000	0,695 9024 9024 904 904 9023 904 904 904
12	0,000	0,710	90,165	0,961	5,750
13	0,000	0,721	90.287	0,901	5,635
14	0,000	0,717	90,171	0,906	5,797
15	0,452 9023 9023 904 904 904 904 9024 9024 9024 между диффузионным слоем и материалом сердцевины
16	6,698	0,583	84,632	0,761	5,264	Диффузионный слой
17	6.117	0,635	84,690	0,715	5,684

Прилагаемый профиль азота ясно показывает, что очень высокое содержание азота в приповерхностном слое быстро уменьшается и уже на расстоянии около 10 мкм от поверхность образца, то на расстоянии около 80 мкм достигает нулевого уровня. Это индикатор границы диффузионного слоя. Следовательно, толщина твердого нитридного слоя относительно мала, а силы трения вызывают его быстрый износ, что вызывает необходимость регенерировать слой после определенного периода использования инструмента.

Результаты WDS-анализа химического состава белого слоя (составного слоя) в виде карт распределения элементов представлены в. На картах положение концентрации азота появилось в том же месте, что и положение Fe, Cr, V и Mo. Среднее содержание азота в белом слое составляло около 21,84 ат.%, А в диффузионном слое – около 5,82 ат.%. . Среднее содержание азота в обоих слоях составило 13,82 ат.%. Содержание Cr в белом слое оценивается примерно в 4.71 ат.%, В диффузионном слое около 5,35 ат.% И в материале сердцевины около 5,75 ат.% – для среднего значения около 5,27 ат.%. Содержание Мо в белом слое составляло около 0,51 ат.%, В диффузионном слое около 0,66 ат.% И в материале сердцевины 0,71 ат.%. Обычно содержание Мо составляло 0,63 ат.%. Содержание V в белом слое составляло около 0,75 ат.%, В диффузионном слое 2,03 ат.% И в материале сердцевины около 1,14 ат.%. Среднее содержание V составляло около 1,31 ат.%.

Наличие Cr, V и Mo в одних и тех же позициях на картах химического состава по данным измерения WDX () предполагает вероятность осаждения сложного нитрида.В этом случае хром обязательно растворяется в нитридах железа. Было показано, что в тройных системах сплавов, в которых кристаллические структуры бинарных граничных нитридов подобны и разница параметров взаимодействия нитридообразующих элементов умеренная, могут развиваться смешанные тройные нитриды [27]. Возрастающее количество тройных нитридов, A _x M _y N _z , было описано в последние годы, и они демонстрируют большое разнообразие структуры и физических свойств [28,29].

После азотирования образцы отжигали при 470 ° C в течение 3 ч (а, б), 8 ч (а, б), 30 ч (а, б) и 60 ч (а, б). В результате отжига белый слой разрушился. Наблюдения за микроструктурой показывают, что толщина белого слоя уменьшалась с увеличением времени отжига, а при времени отжига 30 и 60 часов он полностью исчезал.

( a ) Микроструктура стали WCLV после газового азотирования в Grupa Kęty S.A. и отжига в течение 3 часов при 470 ° C, видна через оптический микроскоп (OM).Толщина белого слоя ~ 7 мкм и диффузионного слоя ~ 70 мкм. На поверхности виден коррозионный слой, образовавшийся во время отжига, который приводит к разрушению белого слоя ( b ). Микроструктура стали WCLV после газового азотирования в Grupa Kęty SA и отжига в течение 3 часов при 470 ° C, показанная в сканирующем микроскопе. (SEM). Толщина белого слоя ~ 7 мкм, диффузионного слоя ~ 70 мкм и коррозионного ~ 2 мкм.

( a ) Микроструктура стали WCLV после газового азотирования в Grupa Kęty S.A. и отжиг в течение 8 ч при 470 ° C, показанный с помощью оптического микроскопа. Толщина белого слоя ~ 6 мкм, диффузионного слоя ~ 70 мкм и коррозионного слоя ~ 2 мкм. Видимый на поверхности слой коррозии образовался во время отжига и вызывает деградацию белого слоя. ( b ) Микроструктура стали WCLV после газового азотирования в Grupa Kęty S.A и отжига в течение 8 часов при 470 ° C, показанная с помощью сканирующего микроскопа. Толщина белого слоя ~ 6 мкм, диффузионного слоя ~ 70 мкм и коррозионного слоя ~ 2 мкм.

( a ) Микроструктура стали WCLV после газового азотирования в Grupa Kęty S.A. и отжига в течение 30 часов при 470 ° C, показанная в оптическом микроскопе. Нет видимого белого слоя. Толщина слоя диффузионного слоя ~ 80 мкм и коррозионного слоя ~ 4 мкм. ( b ) Микроструктура стали WCLV после газового азотирования в Grupa Kęty S.A и отжига в течение 30 часов при 470 ° C, показанная с помощью сканирующего микроскопа. Без белого слоя. Толщина слоя диффузионного слоя ~ 80 мкм и коррозионного слоя ~ 4 мкм.

( a ) Микроструктура стали WCLV после газового азотирования в Grupa Kęty S.A. и отжиг в течение 60 ч при 470 ° C, показанный с помощью оптического микроскопа. Без белого слоя. Толщина слоя диффузионного слоя ~ 100 мкм и коррозионного слоя ~ 4,5 мкм. ( b ) Микроструктура стали WCLV после газового азотирования в Grupa Kęty S.A. и отжига в течение 60 часов при 470 ° C, показанная с помощью сканирующего микроскопа. Без белого слоя. Толщина слоя диффузионного слоя ~ 100 мкм и коррозионного слоя ~ 4,5 мкм.

Ширина диффузионного слоя увеличивалась и составила около 70 мкм в течение 3 часов и 8 часов отжига, около 80 мкм в течение 30 часов и около 100 мкм в течение 60 часов.

Окисление нитридных образцов проявлялось локально после отжига в течение 3 ч при 470 ° C (а) и увеличивалось с увеличением времени отжига. Рост оксида при температурах между 423 K и 623 K может быть описан в соответствии с моделью окисления Фромхолда и Кука (FC) [30]. Он описывает начальное окисление металлов (0–20 нм). В теории FC реакция между металлом и кислородом происходит на границе раздела оксид / кислород, требуя, чтобы ионы металла и электроны перемещались через оксидный слой к поверхности.Транспорт электронов может происходить по двум механизмам: туннельному и термоэмиссионному. При температурах ниже 420 К термоэлектронная эмиссия на границе металл – оксид практически отсутствует, и туннелирование электронов является преобладающим процессом. Согласно формализму FC, при T ≤ 420 K перенос электронов происходит за счет туннелирования через оксидный слой, и поэтому предельная толщина пленки должна практически не зависеть от температуры окисления. Однако измерения показывают, что толщина насыщения зависит от температуры и колеблется в пределах 8.5 × 10 ¹⁵ атомов O / см ² при комнатной температуре (RT) и 15 × 10 ¹⁵ атомов O / см ² при 395 K [31,32]. Образуется двухслойная система с первым слоем, содержащим только Fe ²⁺ , и верхним слоем, содержащим как Fe ³⁺ , так и Fe ²⁺ . Рост второго слоя начинается при покрытии кислородом 4,0 × 10 ¹⁵ атомов O / см ² и состоит из Fe _0,77 O (который, вероятно, представляет собой смесь FeO и γ-Fe ₂ O ₃ ).При более высоких температурах окисления относительная доля Fe ³⁺ в образующемся оксиде уменьшается. Оксидный слой, сформированный в O ² при 473 K, состоит только из Fe ²⁺ . Уменьшение скорости окисления совпадает с образованием оксидного слоя, содержащего Fe ³⁺ . При отжиге Fe ³⁺ восстанавливается до Fe ²⁺ , а вытесненный Fe ⁰ окисляется до Fe ²⁺ . Для большей толщины оксида (L> 3 нм) и более высоких температур (T> 420 K) преобладающим электронным транспортом является термоэлектронная эмиссия.Для более высоких температур и большей толщины оксида термоэлектронная эмиссия электронов ограничивает скорость. Для более низких температур и меньшей толщины оксида присутствие Fe ³⁺ резко снижает скорость окисления. Скорость восстановления Fe ³⁺ до Fe ²⁺ увеличивается с повышением температуры. Важной особенностью теории FC является концепция связанных токов: чистый электрический ток через оксидный слой равен нулю. При достаточно высоком давлении кислорода перенос электронов или ионов металлов ограничивает скорость.

Окисление нитридной стали исследовали Ян Ли и другие [33]. Были обнаружены фазы оксида железа гематита (Fe ₂ O ₃ ) и магнетита (Fe ₃ O ₄ ) после постокислительной обработки при 400 ° C и 450 ° C. Гематит был также идентифицирован в работе [34] после постокисления плазменного азотирования стали AISI 4140. Напротив, в [35] после окисления нитридного слоя при 480 ° C до 500 ° C сообщалось, что Fe ₃ O ₄ (магнетит).Также было описано, что осаждение CrN или Cr в осадках сложных нитридов при 500 ° C удаляет Cr из твердого раствора и отрицательно влияет на характеристики окисления при этой температуре [35]. Образование CrN и γ′-Fe ​​ ₄ N вызывает снижение коррозионной стойкости азотированного слоя [36]. Атомы азота занимают такие же типы поверхностных узлов, что и атомы кислорода [37] Вытеснение атомов N с поверхности в объем за счет взаимодействия с газообразным O ₂ будет энергетически весьма выгодным.Коэффициент объемной диффузии N в чистом Fe имеет при 900 К значение примерно 10 ^-7 см ² / с и энергию активации 18,9 ккал / моль. Экстраполяция до комнатной температуры дает среднее смещение за счет диффузии около 5 А в течение 30 мин. Однако этот процесс, безусловно, будет сильно ускорен перестройкой атомов Fe в процессе образования оксида (хемосорбция кислорода на Fe (100)), которая, как было обнаружено, вызывает расширение самых верхних слоев, а также высвобождение энергии, связанное с атакой кислорода, так что смещение атомов N даже при комнатной температуре становится возможным.С другой стороны, дальнейший рост оксида наверняка будет тормозиться предыдущим образованием нитридного слоя в приповерхностной области – это хорошо известный антикоррозионный эффект.

Исследования показали, что в результате длительного отжига поверхностная твердость образцов снизилась примерно на 200–250 единиц () по сравнению с твердостью исходного азотированного образца. Результаты измерения твердости, представленные в, можно разделить на три группы, как показано на. Наибольшая твердость (в среднем 1176 HV) наблюдается у образцов, отожженных в течение 3, 8 и 12 ч при температуре 470 ° C.Группа образцов, отожженных в течение 20 ч при 270 ° C, имеет среднюю твердость 1103 HV. Наименьшая твердость обнаружена у образцов, отожженных в течение 30 и 60 ч при 470 ° C, при средней твердости 964 HV. Разница между высшей и наименьшей твердостью составляет 212 HV.

Профили изменения твердости в зависимости от времени отжига при 470 ° C.

График средней твердости трех групп отожженных образцов азотированной стали WCLV, измеренной на расстоянии 15 мкм от поверхности образца. HV = 1176 – средняя твердость группы образцов, отожженных 3, 8 и 12 ч при 470 ° С; HV = 1103 – средняя твердость группы образцов, отожженных в течение 20 ч при 240 ° С, 7 ч при 470 ° С и 20 ч при 240 ° С; HV = 964 – среднее значение твердости для отжига при 30 и 60 часах при 470 ° C.

Испытания на истирание выявили корреляцию между уровнем твердости и потерей веса при испытании на истирание. Было установлено, что чем ниже твердость, тем более абразивной была поверхность образцов ().

Потеря массы исходного образца (0,025), образца, отожженного в течение 12 ч при 470 ° C (0,15) и образцов, отожженных в течение 60 ч при 470 ° C (0,21).

Анализ содержания азота в белом и диффузном слоях основывался на результатах испытаний химического состава EDX и WDS.Обобщены данные по содержанию нитридов в белом и диффузном слоях. Белый слой содержал в среднем около 19,4% атомарного азота, и этот уровень азота стабилен в образцах, отожженных в диапазоне от 3 до примерно 12 часов при 470 ° C. Выше этого времени отжига белый слой исчез. При времени отжига 30 ч и более белый слой не обнаружен. Содержание азота в белом слое свидетельствует о наличии фаз γ ′ + ε. Когда содержание азота уменьшается, вышеупомянутые фазы не существуют.Следует предположить, что исчезновение белого слоя произошло в результате уменьшения содержания азота, который диффундировал глубоко в подложку, о чем свидетельствует увеличение толщины диффузионного слоя.

Среднее содержание азота в белом и диффузном слое образцов после азотирования и отжига в течение 3–60 ч при температуре 470 ° C, измеренное в том же месте с поверхности. Верхняя линия показывает среднее значение азота в белом слое. Пунктирная линия указывает оценочный ход времени отжига.Нижняя линия указывает среднее значение содержания азота в диффузионном слое, а пунктирная линия указывает на тенденцию к снижению содержания азота с увеличением времени отжига.

Диффузионный слой содержал около 8,1% атомного азота в образцах, отожженных в течение 8–12 ч (). Образцы, отожженные более 12 ч, показали снижение среднего содержания азота примерно до 5,6% атомных. Пониженное содержание азота в диффузионном слое предсказывало наличие фаз α + γ ′.

4.Обсуждение

Покрытия и слои, полученные с помощью различных методов обработки поверхности, имеют различную структуру и толщину. Это связано с механизмами формирования покрытий и слоев. Азотирование – это особая обработка поверхности, при которой верхний слой закаленного инструмента насыщается азотом при высоких температурах. Влияние азота на атомную структуру стали заключается в образовании нитридов и внедрении азота в кристаллическую решетку. В зависимости от концентрации азота можно найти разные стехиометрические составы нитридов.Помимо нитридов, образующихся в результате соединения азота и железа, то есть таких нитридов, как Fe ₂ N и Fe ₄ N, также могут образовываться умеренные смешанные тройные нитриды. В проведенных исследованиях поиск нитридных частиц проводился методами EDX и WDS измерения химического состава в точках и на картах химического состава. Мы обнаружили концентрацию Cr, Mo, Fe, V и N в одних и тех же местах, что предполагает образование в четвертичной фазе [38,39]. Исследование в работе показывает, что при меньшем соотношении Cr / Mo происходит выпадение гексагонального CrMoN ₂ .

Присутствие в нитридном испытательном слое твердых азотных фаз, возникающих у поверхности образцов, имеет большое значение для устойчивости штампа к истиранию. Азотные фазы особенно повышают твердость, что приводит к более высокой стойкости к истиранию [40]. Уменьшение содержания азота на поверхности в белом слое приводит к фазовым переходам и потере высокой твердости [41,42]. В результате экспериментального отжига начальная твердость нитридного слоя, составляющая примерно 1190HV, снизилась примерно на 210 единиц ().С практической точки зрения снижение твердости ниже 1000HV делает алюминиевые экструзионные матрицы непригодными для дальнейшего использования. В процессе отжига при 470 ° C происходит окисление поверхности образца. Толщина оксидного слоя увеличивается с увеличением времени отжига. Однако после 8 ч отжига он становится почти стабильным. Экспериментальные исследования показывают «параболический закон» роста оксидного слоя [43]. Dwivedi D., Lepková K. и Becker T. [44] указывают на важность текстуры в процессе коррозии.Роберт Э. Мельчерс [45] представил различные модели потерь от коррозии, исходя из различных предположений, и показал параболические и линейные минимумы окисления. Зона окисления, содержащая оксиды (Mn, Fe) O и (Mn, Cr, Fe) ₃ O ₄ , в отожженной стали Fe – 1.9Mn – 1.6Cr была исследована Мао В., Ма, Й. и Слоуфом. , WG [46]. Было обнаружено, что глубина проникновения оксидов по границам зерен намного больше (в два и более раза), чем глубина проникновения внутренних оксидов, образующихся внутри зерен.Они также обнаружили параболический закон скорости окисления. В отношении полученных результатов следует предположить, что слой параболического оксида растет и окисление стабилизируется в интервале от 30 до 60 часов отжига.

Следует отметить, что наличие нитридной и карбидной фаз в инструментах, для которых не применяется дополнительная термообработка, является преимуществом из-за высокой твердости поверхности. Однако, если поверхность матрицы предназначена для покрытия дополнительным покрытием, например PVD – Physical Vapor Deposition, термообработку следует проводить таким образом, чтобы не образовывался белый слой.Должна быть только диффузионная зона с максимальной эффективной толщиной и без выделений карбида на границах зерен бывшего аустенита [42]. Таким образом, можно сделать вывод, что разработка и реализация процесса азотирования и его эффекты будут зависеть от цели, для которой используются инструменты.

Жизненный цикл штампов включает периоды при повышенных температурах (470 ° C и 520 ° C) и периоды при комнатной температуре. Циклические изменения рабочей температуры в течение срока службы штампа подвергают его процессам структурных и фазовых изменений.Это приводит к изменению свойств и, в конечном итоге, после потери требуемого уровня твердости, необходимости регенерации посредством вторичного азотирования.

Основание также подвержено изменениям под воздействием температуры. Существуют процессы восстановления, которые уменьшают плотность дислокаций и другие дефекты решетки. Происходят процессы коагуляции осадков. Осадки, когерентно связанные с матрицей, теряют свою когерентность, что приводит к снижению твердости.Явления восстановления структуры в сочетании с изменением морфологии осадков приводят к неблагоприятным изменениям свойств с точки зрения эксплуатации штампа.

5. Выводы

На основании проведенных исследований установлено, что:

1. Отжиг азотированных образцов приводит к разрушению нитридного слоя и снижению твердости.

2. Обнаружено, что отжиг образцов при 470 ° C в течение 12 ч вызывает снижение среднего значения твердости с 1176 HV до 1103 HV, а отжиг образцов в течение 30 ч при этой температуре приводит к снижению твердости до 964 HV.

3. Испытания показали снижение абразивного сопротивления с увеличением времени отжига.

4. Отжиг в течение 30 часов при 470 ° C привел к исчезновению белого слоя и снижению среднего содержания азота в диффузионном слое до уровня около 6 ат.%.

Благодарности

Эта работа была поддержана субсидиями на поддержание и развитие исследовательского потенциала Университета AGH.

Вклад авторов

Концептуализация, Р.H., M.R. и M.W .; Исследования R.H., M.R. и M.W., Writing-Original Draft: M.R., Preparation, R.H., M.R. и M.W. Все авторы прочитали опубликованную версию рукописи и согласились с ней.

Финансирование

Это исследование не получало внешнего финансирования.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

1. Ян М., к.т.н. Тезис. Вустерский политехнический институт; Вустер, Массачусетс, США: апрель 2012 г. Азотирование – основы, моделирование и оптимизация процессов.[Google Scholar] 2. Консейсао Роша Лима Сесконеттоа М., Рибейро Франко А., младший, Апаресидо Виейраа Э. Повышение абразивной износостойкости микролегированной стали с помощью плазменного азотирования. Матер. Res. 2015; 18: 334–340. DOI: 10.1590 / 1516-1439.307714. [CrossRef] [Google Scholar] 3. Айдын Х., Байрам А., Топчу С. Влияние дуплексной обработки поверхности на эрозионные характеристики стали QRO 90 Supreme. Матер. Sci. 2013; 19: 19–24. [Google Scholar] 4. Xu X., Wang L., Yu Z., Qiang J., Hei Z. Исследование микроструктуры нитрида низкотемпературной плазмы из нержавеющей стали AISI 304.Металл. Матер. Пер. А. 2000; 21А: 1193–1199. DOI: 10.1007 / s11661-000-0115-1. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Куи Барт Дж., Сомерс Марсель А.Дж., Миттемейер Эрик Дж. Оценка фазовой диаграммы Fe-N с учетом дальнего порядка атомов N в γ′Fe4N1-x и ε-Fe2N1-z. Металл. Матер. Пер. A. 1996; 27A: 1063–1071. DOI: 10.1007 / BF02649775. [CrossRef] [Google Scholar] 6. Eom J.Y., Shankar Rao V., Kwon H.S., Nam K.S. Эксперименты и модельные исследования поведения роста нитридов Cr, образующихся на гальванизированном твердом Cr в процессе ионного азотирования.J. Mater. Res. 2003. 18: 861–867. [Google Scholar] 7. Виденмейер М., Хансен Т.К., Мейснер Э., Нива Р. Образование и разложение нитридов железа, наблюдаемые с помощью порошковой нейтронной дифракции и термического анализа in situ. J. Inorg. Gen. Chem. 2014; 640: 1265–1274. DOI: 10.1002 / zaac.201300676. [CrossRef] [Google Scholar] 9. Диас-Гильен Дж. К., Варгас-Гутьеррес Г., Гранда-Гутьеррес Э. Э., Замаррипа-Пинья Дж. С., Перес-Агилар С. И., Канделас-Рамирес Дж., Альварес-Контрерас Л. Поверхностные свойства слоя соединений Fe4N, модифицированного импульсной сталью AISI 4340 Плазменное азотирование.J. Mater. Sci. Technol. 2013; 29: 287–290. DOI: 10.1016 / j.jmst.2013.01.017. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Ван Хов Р.П., Серевелт И.Н., ван Ройен Б.Дж., Нольте П.А. Покрытие ортопедических имплантатов нитридом титана: обзор литературы. Дж. Лист Биомед. Res. Int. 2015; 2015: 485975. DOI: 10,1155 / 2015/485975. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 11. Колдуэлл Дж. Д., Ааронович И., Кассабуа Г., Эдгар Дж. Х., Гил Б., Басов Д. Н. Фотоника с гексагональным нитридом бора. Nat. Rev. Mater.2019; 4: 552–567. DOI: 10.1038 / s41578-019-0124-1. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Оливер Э.А. Критическая оценка 23: светодиоды видимого диапазона на основе нитрида галлия. Матер. Sci. Technol. 2016; 32: 737–745. DOI: 10.1080 / 02670836.2015.1116225. [CrossRef] [Google Scholar] 13. Букамп Б.А., Хаггинс Р.А. Литий-ионная проводимость в нитриде лития. Phys. Lett. 1976; 58: 231–233. DOI: 10.1016 / 0375-9601 (76)

-7. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Древницка Д. Современные методы исследования нитридных слоев после термообработки.Inżynieria Powierzchni (Surf. Eng.) 2012; 2: 14–18. [Google Scholar] 16. Ямасита С., Масубучи Ю., Накадзава Ю., Окаяма Т., Цутия М., Киккава С. Кристаллическая структура и магнитные свойства «α ″ -Fe16N2», содержащего остаточный α-Fe, полученного низкотемпературным азотированием аммиака. J. Solid State Chem. 2012; 194: 76–79. DOI: 10.1016 / j.jssc.2012.07.025. [CrossRef] [Google Scholar] 17. Xiong X.C., Redjaïmia A., Gouné M. Исследование с помощью просвечивающей электронной микроскопии осаждения игольчатого феррита в нитриде γ’-Fe4N.Матер. Charact. 2010; 61: 1245–1251. DOI: 10.1016 / j.matchar.2010.08.005. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Бушоу К.Х.Дж., Роберт В., Кан П.В. Энциклопедия материалов: наука и технологии. Elsevier Ltd .; Амстердам, Нидерланды: 2001. [Google Scholar] 19. Ленгауэр В., Эдер А. В кн .: Нитриды: химия твердого тела переходных металлов, Энциклопедия неорганической химии. 2-е изд. Король Р. Б., редактор. Том VI. John Wiley & Sons, Ltd.; Чичестер, Великобритания: 2005. С. 3515–3531. [Google Scholar] 20. Литасов К.Д., Шацкий А., Пономарев Д.С., Гаврюшкин П.Н. Уравнения состояния нитридов железа ε-Fe3Nx и γ-Fe4Ny при 30 ГПа и 1200 К и их значение для азота в ядре Земли. J. Geophys. Res. Твердая Земля. 2017; 122: 3574–3584. DOI: 10.1002 / 2017JB014059. [CrossRef] [Google Scholar] 21. Jegoua S., Barrallier L., Kubler R. Фазовые превращения и индуцированные изменения объема в азотированном тройном сплаве Fe – 3% Cr – 0,345% C. Acta Mater. 2010. 58: 2666–2676. DOI: 10.1016 / j.actamat.2009.12.053. [CrossRef] [Google Scholar] 22.Рунге Дж. М., Помис А. Дж. Представлено на XII совещании Ebrats Brasilian по обработке поверхности и II латиноамериканском Interfinish; Сан-Паулу, Бразилия. 10 мая 2006 г .; 10 мая [Google Scholar] 23. Куглер Г., Вецко-Пиртовсек Т., Терсель М. Износ азотированных микроструктур матриц aisi h23 для горячего прессования алюминия. Металлургия. 2006; 45: 21–29. [Google Scholar] 24. Ляпина Т., Миттемейер Э.Дж., Лейневебер А., Кнапп М. Образование γ′-Fe4N при разложении ε-Fe3N: исследование порошковой дифракции с использованием синхротронного излучения.Z. FÜR Krist. Дополнение 2006; 23: 449–454. DOI: 10.1524 / zksu.2006.suppl_23.449. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Штайнер Т., Миттемейер Э.Дж. Развитие нитрида легирующего элемента в ферритных материалах на основе Fe при азотировании: обзор. J. Mater. Англ. Выполнять. 2016; 25: 2091–2102. DOI: 10.1007 / s11665-016-2048-х. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Кларк С.Дж. В кн .: Энциклопедия материалов: наука и технологии. Buschow J.K.H., Cahn R.W., Veyssiere P., Flemings M.C., редакторы. Elsevier Ltd .; Амстердам, Нидерланды: 2001.[Google Scholar] 29. Фараулт Г., Готье Р., Бейкер К.Ф., Боуман А., Грегори Д.Х. Кристаллохимия и электронная структура металлического тройного нитрида, SrTiN ₂ . Chem. Матер. 2003; 15: 3922–3929. DOI: 10,1021 / см034502y. [CrossRef] [Google Scholar] 30. Фромхолд А.Т. Младший. Фундаментальная теория роста толстых оксидных пленок на металлах. J. Phys. Soc. Jpn. 1980; 48: 2022–2030. DOI: 10.1143 / JPSJ.48.2022. [CrossRef] [Google Scholar] 31. Roosendal S.J. Кандидат наук. Тезис. Утрехтский университет; Утрехт, Нидерланды: 1999.Механизмы пассивации при исходном окислении железа кислородом и водяным паром. [Google Scholar] 32. Бэмфорд С.Х., Типпер С.Ф.Х., Комптон Р.Г., редакторы. Реакции твердых тел с газами. Том 21 Эльзевьер; Амстердам, Нидерланды: Оксфорд, Великобритания: Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Токио, Япония: 1984. Химическая кинетика. [Google Scholar] 33. Ли Ю., Ван Л., Чжан Д., Шен Л. Влияние поверхностной нанокристаллизации на поведение плазменного азотирования стали AISI 4140. Прил. Серфинг. Sci. 2010; 256: 4149–4152. DOI: 10.1016 / j.apsusc.2010.01.099. [CrossRef] [Google Scholar] 34. Castro Munoz A.E., Piedad-Beneitez A., Valencia-Alvarado R., López-Callejas R., Mercado-Cabrera A., Pena-Eguiluz R., Rodriguez-Mendez B.G. Усиление коррозии из-за плазменного постокисления после плазменного азотирования стали AISI 4140. Acta Phys. Pol. 2015; 128: 824–827. DOI: 10.12693 / APhysPolA.128.824. [CrossRef] [Google Scholar] 35. Цао Ю., Норелл М. Роль поглощения азота при окислении аустенитных нержавеющих сталей 304L и 904L.Оксид. Металлы. 2013; 80: 479–491. DOI: 10.1007 / s11085-013-9391-1. [CrossRef] [Google Scholar] 36. Юань X., Чжао Ю., Ли X., Чен Л. Влияние температуры газового азотирования на поверхностные свойства высокомарганцевой стали TWIP. Металлы. 2017; 7: 102. DOI: 10.3390 / met7030102. [CrossRef] [Google Scholar] 37. Эртл Г., Хубер М. Взаимодействие азота и кислорода на поверхности железа. Z. Fur Phys. Chem. Neue Folge. 1980; 119: 97–102. DOI: 10.1524 / zpch.1980.119.1.097. [CrossRef] [Google Scholar] 38. Книп Р. Тройные и четвертичные нитриды металлов: новая проблема для химии твердого тела.Pure Appl. Черн. 1997; 69: 185–191. DOI: 10.1351 / pac19976

85. [CrossRef] [Google Scholar] 39. Steiner T., Meka S.R., Bischoff E., Waldenmaier T., Mittemeijer E.J. Азотирование тройных сплавов Fe – Cr – Mo; роль отношения Cr / Mo. Серфинг. Пальто. Technol. 2016; 291: 21–33. DOI: 10.1016 / j.surfcoat.2016.02.011. [CrossRef] [Google Scholar] 40. Tacikowski J., Wach P., Michalski J., Burdyński K. Разделительное упрочнение термической обработкой азотированной углеродистой стали. Матер. Англ. 2014; 6: 552–555. [Google Scholar] 41. Анджеевская Э., Гонсалес-Аррабаль Р., Борса Д., Бурма Д.О. Исследование фаз нитрида железа со стехиометрией, близкой к FeN. Nucl. Instrum. Методы Phys. Res. Разд. B Луч Взаимодействие. Матер. В. 2006; 249: 838–842. DOI: 10.1016 / j.nimb.2006.03.150. [CrossRef] [Google Scholar] 42. Орлик Р., Ратайски Ю., Сушко Т., Михальски Ю., Добродзей Ю., Гилевич А. Точное формирование фазовой структуры и толщины азотированного слоя на примере штампов для литья алюминия под давлением. Серфинг. Англ. 2009; 3: 15–20. [Google Scholar] 43.Сюй Ч., Гао В. Соотношение Пиллинга-Бедворта для окисления сплавов. Матер. Res. Иннов. 2000; 3: 231–235. DOI: 10.1007 / s1001

008. [CrossRef] [Google Scholar] 44. Двиведи Д.