Азотирование

АЗОТИРОВАНИЕ (нитрирование), диффузионное насыщение азотом поверхностного слоя металлических изделий; вид химико-термической обработки. Азотирование значительно повышает твёрдость, износо-, задиро- и теплостойкость, сопротивление усталости и коррозии деталей машин, механизмов при заранее определяемой деформации изделий. Впервые азотирование внедрено в производство в Германии в 1923 году, после того как инженер А. Фри разработал специальные азотируемые стали (нитраллои), имеющие высокую поверхностную твёрдость. Большой вклад в развитие азотирования в России внесли Н.П. Чижевский, Н.А. Минкевич, Ю. М. Лахтин и др.

Азотирование происходит при температуре 500-1200°С в среде аммиака. Выше 400°С начинается диссоциация аммиака (ΝΗ₃→ЗН + Ν;). Образовавшийся атомарный азот диффундирует в металлический, образуя азотистые фазы. Различают азотирование: низкотемпературное (500-600°С) для стали и чугуна; среднетемпературное (600-750°С) для сплавов на железной основе (т. н. антикоррозионное); высокотемпературное (750-1200°С) для специальных сплавов и тугоплавких металлов (Mo, W, Nb и др.). По агрегатному состоянию насыщающих сред азотирование разделяют на газовое (каталитическое газовое, вакуумное, газобарическое) и плазменное (ионное). При азотировании требуемые свойства изделий обеспечиваются благодаря образованию нитридов легирующих элементов на стадиях насыщения и охлаждения без закалки. Азотирование наиболее эффективно для сложнолегированных сплавов. В зависимости от материала изделия твёрдость азотированного слоя по Виккерсу HV составляет до 1300 (что соответствует 13 ГПа), толщина слоя 0,1-0,6 мм, время обработки 4-96 часов. Структура азотированного слоя переменна по толщине, внешняя зона состоит из нитридов, далее - смесь твёрдого раствора с нитридами легирующих элементов и собственно твёрдый раствор с повышенным содержанием азота. Необходимую структуру азотированного слоя получают регулированием температуры, состава среды, степени диссоциации аммиака, давления.

На основе азотирования созданы способы химико-термической обработки, обеспечивающие насыщение поверхностного слоя изделий наряду с азотом также углеродом углеродоазотирование (карбонитрирование), кислородом - оксиазотирование (оксинитрирование), углеродом и кислородом - оксиуглеродоазотирование (оксикарбонитрирование), серой - сульфоазотирование (сульфонитрирование). При применении этих способов уменьшается хрупкость азотированного слоя, сокращается длительность процесса насыщения, расширяется номенклатура обрабатываемых материалов. Азотирование осуществляют в печах различных конструкций (шахтных, камерных), проходных агрегатах, в установках с использованием тлеющего разряда, тока высокой частоты, электронного и лазерного излучения. Азотированию подвергают коленчатые валы, зубчатые колёса, клапаны, гильзы цилиндров, шпиндели, штампы и др. Поверхность азотированных изделий хорошо шлифуется и полируется.

Лит.: Теория и технология азотирования. М., 1991; Развитие азотирования в России. М., 1998; Азотный потенциал: современное состояние, проблемы и концепция развития. М., 2003.