Азотирование стали

• В чем заключается эта методика азотирования?
• Зачем азотирование используют?
• Способы азотирования
• Какие этапы азотирования необходимо четко соблюдать?
• Типы стали, подверженной обработке азотированием
• Что влияет на процедуру азотирования?
• Как происходит работа по азотированию?

Азотированием стали называют специальную технологию термического воздействия, в результате которой происходит насыщение азотом. Это делают для прочности, усиленной защиты от износа, максимального противодействия коррозии при контакте с паром или водой.

Специалисты нашей компании «Стальмет» выполняют азотирование стали, а также резку, рубку, другие виды металлообработки. К нам обращаются, чтобы заказать оптовую партию проката с быстрой доставкой по СПб. Мы помогаем клиентам решать сложные масштабные проекты. Чтобы заказать услугу, оставьте заявку через форму обратной связи. Наши менеджеры расскажут о сроках завершения задачи.

В чем заключается эта методика?

Азотирование стали – это эффективный способ улучшения ее технических характеристик. Так называют работу над поверхностным слоем металла. Выполняют подобную термическую обработку в специальной герметичной камере. Заготовка находится в условиях непрерывного насыщения азотом.

После использования технологии поверхность делается более твердой, но размер не меняется. Благодаря этой особенности можно применять технологию азотирования в отношении закаленных и отшлифованных деталей. После азотирования стали можно делать финишную обработку. Например, полировать.

Зачем ее используют?

Готовые продукты становятся более долговечными, не покрываются ржавчиной даже при постоянном пребывании во влажной среде.

Свойства деталей при наличии азотированного слоя:

• твердость сталей при их нагревании до 600°C;
• снижение риска усталости из-за деструктивного воздействия окружающей среды;
• улучшенная сопротивляемость длительным нагрузкам после насыщения азотом;
• заметное повышение прочности (в 1,5-2 раза) даже в случае усталости;
• снижение риска изменения габаритов продукции при эксплуатации;
• снижение риска заметного коробления этого металла.

Поверхностный слой стального изделия менее восприимчив к негативным факторам. После полезного изменения эксплуатационных свойств готовый продукт способен прослужит двое дольше. Также деталь не расстается с высокой твердостью с течением времени, воздействием воды или перепадом температуры.

Способы улучшения свойств металла

В зависимости от состояния, в котором находится азот до того, как детали подвергаются азотированию, выделяют три методики. У каждой из них есть весомые преимущества и выраженные недостатки.

Способы азотирования:

• Расплав солей. Азотирование стали происходит в среде цианидов и цианатов. Нагрев происходит при t 570°C. Сам процесс длится от получаса до 3 часов. Выбор этого способа оправдан, если важно повысить устойчивость к износу и коррозии. Однако, когда с азотированием покончено, очистка занимает много времени и усилий. Важно удалить и соль, и моющий раствор. Также есть ограничения температуры азотирования. И еще это сложно осуществлять локально.
• Технология газового азотирования считается универсальной. Среда на половину состоит из аммиака. Вторая часть – равные пропорции пропана, аммиака, эндогаза. Это занимает 180 минут. Но у метода есть весомые ограничения. В частности, технология не используется в отношении нержавеющей стали. Также газовое азотирование предполагает повышенное потребление газа. Третий недостаток – необходимость соблюдать технику безопасности, так как риск травматизма и возгорания достаточно высок.
• Метод ионно-плазменного азотирования (термообработка при тлеющем разряде). Технология предполагает, что муфель и саму деталь подключают к электротоку. Заготовка из стали считается электродом с отрицательным зарядом, а муфель – с положительным. По итогу между ними формируется плазма. За счет нее происходит нагрев поверхности и процесс насыщения азотом.

Вне зависимости от выбранного способа азотирования, изделия не подвержены экстремальному перегреву. Благодаря этому повышаются их физические и химические свойства, но размер не меняется.

Также в зависимости от t есть три разновидности процесса:

• высокотемпературный – при слишком высокой температуре (градусов 750 и больше);
• среднетемпературный – при температурном режиме от 590 до 750°C;
• низкотемпературный – если детали подвержены обработке при температуре, которая ниже 750 градусов Цельсия.

Важно вести процесс азотирования стали в условиях герметичности. После подобной работы можно заметно усовершенствовать прочностные характеристики металлической продукции.

Какие этапы необходимо четко соблюдать?

Четкое следование технологии позволяет выполнить правильную обработку детали. При этом, как и во многих других процессах, особое внимание уделяется подготовке.

Этапы обработки заготовок из стали:

• К азотированию можно подготовиться закаливанием и высоким отпуском. Происходит закаливание при приблизительной температуре 940 градусов. Чтобы охладить деталь, используют масло или воду. После закалки приступают к отпуску при температуре до 700 градусов. Так сталь приобретает твердость, и ее легко можно разрезать.
• Механическая обработка. Деталь шлифуют, чтобы она приобрела требуемую форму и размер.
• Защита участков, не нуждающихся в азотировании. Методом электролиза на сталь наносят тончайший (до 0,015 мм) слой жидкого стекла или олова. Благодаря образовавшейся пленке азот не может проникнуть в структуру металла.
• Непосредственное выполнение азотирования. Заготовку обрабатывают под воздействием высокой температуры. Есть несколько возможных режимов. Их выбор зависит от того, каким должен быть защитный слой стального изделия.
• Финишная обработка. Финальный этап, позволяющий точно соответствовать форме и требуемым габаритам.

Чтобы размеры детали ни капли не изменились, используют технологию ионного азотирования. Остальные два метода допускают малозаметные деформации заготовки.

Типы стали, подверженной обработке азотированием

Этим способом можно обрабатывать углеродистую или легированную сталь, в которой до 0,5% углерода. При этом самый выраженный эффект заметен у металла, в химическом составе которого есть компоненты, способные формировать нитриды высокой твердости и устойчивости к предельным температурам.

После азотирования разные марки стали улучшают свои показатели твердости, более устойчивы нагрузкам на изгиб и менее склонны к усталости. Поэтому применение технологии очень популярно.

Предельная твердость после азотирования:

• углеродистая сталь – до 250 HV;
• легированная сталь – до 800 HV;
• нитраллои – около 1200 HV.

Имея легирующие элементы, сталь обретает повышенную твердость. Но при этом сама концентрация таких компонентов снижается. Защитный слой становится толще и глубже, если эта обработка используется в отношении стали с вольфрамом, никелем, хромом в составе.

Марки металла, подверженные обработке азотированием:

• 38Х2МЮА. Сталь представляется более твердой и устойчивой к деформациям. Если важно изготовить какое-то сложное изделие, можно исключить алюминий из состава.
• 40Х, 40ХФА. Материал позволяет производить износостойкие и максимально надежные детали станков для разных профильных задач предприятия.
• 30Х3МФ1. Металл позволяет изготавливать продукцию сложной геометрии.
• 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА. Перечисленные марки стали подходят для изготовления продукции, которой при эксплуатации придется выдерживать нагрузки на изгиб.

Обычно глубина слоя составляет от 0,1 до 0,3 мм. После процедуры материал отличается большей твердостью при сохранении гибкости.

Что влияет на процедуру?

Есть три фактора, которые оказывают влияние. Первое – важно учитывать температуру, при которой осуществляется металлообработка. Мы уже говорили о том, что есть три допустимых режима: высокий, средний, низкий. Если имеем дело с газовым азотированием, то второй фактор влияния – это давление газа, который поступает в муфель. И финальная важная характеристика – длительность обработки детали в печи. Обычно процесс занимает от 30 минут.

Также глубина слоя и продолжительность его формирования напрямую зависят от легирующих компонентов, которые присутствуют в исходном составе. Эффективность также зависит от степени диссоциации аммиака. Обычный предел – от 15 до 45%. Если процедура выполняется при повышенной температуре, то защита становится менее твердой, но создается быстрее. Это связано с коагуляцией нитридов из легирующих компонентов стали.

Схема выполнения:

1. Работы при температуре до 525 градусов Цельсия. Так поверхность становится твердой и устойчивой к разным негативным факторам.
2. Нагревание до 600 градусов. Так получается защита нужной глубины, но при этом можно выполнить задачу почти вдвое быстрее.

Можно также использовать и одноступенчатую методику. Но твердость поверхностного слоя не отличается.

Как происходит работа?

Деталь помещают в муфель и герметично закрывают. Муфель устанавливают в специальную печь, где и будет происходить термическое воздействие. Муфель и стальная заготовка нагреваются до температуры 600 градусов. После завершения процесса выбранный режим поддерживают в течение недолгого времени.

Для формирования необходимой рабочей среды в муфель подают аммиак. При нагревании он начинает разлагаться на несколько элементов. Во время химической реакции образовываются нитриды. Для закрепления результата заготовку, муфель и аммиак медленно охлаждают совместно с самой печью.

Во время процедуры на металлической поверхности появляется нитридное покрытие толщиной до 0,6 мм. Благодаря этому заготовка становится более долговечной. Когда процедура завершена, острой необходимости в применении других вариантов обработки нет. Но при необходимости можно делать полировку, чтобы придать поверхности желаемый законченный вид.

Особенности выполнения работ:

• Конкретные условия нагрева и длительность процедуры зависят от структуры металла и использованного метода.
• Средняя t – 600 градусов Цельсия. Именно такую температуру поддерживает печь во время работы.
• Самый безопасный способ подачи аммиака – из баллона. Часть молекул может остаться на стальной заготовке.
• Стоит предварительно очистить и подготовить поверхность перед процедурой. Так упрочняющее покрытие будет ровным и аккуратным.
• Не стоит резко охлаждать заготовку, иначе возникает вероятность окисления и потери внешнего вида.
• Химический состав непосредственно влияет на показатель прочности и глубину защиты.

Выбор марки зависит от конкретной технологической задачи. Специалисты нашей компании предоставят профильную консультацию, чтобы помочь вам в достижении необходимых производственных целей. После обработки металл более твердый и менее подверженный деформации, износу, разрушению.

Вместо выводов

Цементирование – это процесс насыщения углеродом, который позволяет сделать металл более устойчивым к естественному износу и случайному излому при нагрузке. Он занимает много времени – 1 мм дополнительного защитного слоя создается за 10 часов. Также есть ограничения по типу материала. В составе не может быть более 0,2% углерода. Вместо цементации можно использовать другой термический метод придания твердости стали – с использованием азота. Укрепленная поверхность отличается максимальной устойчивостью к коррозии и окислению.

Главные свойства деталей с азотированием:

• Сохранение геометрических параметров – форма, размер, объем почти не меняются. Можно оказывать воздействие с целью придания твердости непосредственно перед финальной полировкой продукции.
• Небольшая толщина укрепленного слоя – до 0,6 мм. Все изменения практически неощутимы.
• Стабилизация атомной решетки – во время процедуры продукция не деформируется, не подвергается никаким опасностям.
• Гарантия длительной эксплуатации готовой продукции – металл защищен от повышенных нагрузок, влаги, высоких температур.
• Контролируемость благодаря четкому и пошаговому соблюдению всех этапов.
• Избавление от недостатков слабых элементов включений в результате использования методики.
• Способность выдерживать скручивание, изгиб и другие подобные повышенные нагрузки.

Чтобы улучшить технические свойства металла для разных рабочих сред его подвергают термическому воздействию в контролируемых условиях. Сперва заготовку помещают в муфель, потом – в печь. Также при выполнении работ поддерживается заданный климатический режим. Есть три варианта процесса в зависимости от того, в каком состоянии находится вещество. Так, можно иметь дело с газовым, ионным или жидким азотированием.

Почему «Стальмет»?

В компании «Стальмет» металлообработкой занимаются специалисты высшей категории, которые отлично знакомы с условиями проведения процедуры. Так мы можем гарантировать, что в результате выполнения работ материал действительно становится тверже и устойчивее к разнообразным вариантам износа.

Если у вас возникают вопросы о сроках и условиях выполнения процедуры, вы можете получить бесплатную консультацию по телефону или онлайн. Мы готовы к обсуждению ваших задач.

Преимущества нашей компании «Стальмет»:

• прозрачный расчет цены требуемой металлообработки;
• быстрое завершение заявленного объема работ;
• огромные производственные мощности;
• штат квалифицированных специалистов для работы над заявкой;
• четкая и слаженная работа на предприятии;
• большой ассортимент заготовок в наличии непосредственно со склада;
• удобное местоположение компании для оперативной доставки продукции.

Мы работаем с постоянными клиентами и делаем разовые заказы. Принимаем заявки на обработку партий разных объемов. Гарантируем выполнение работ точно в срок. Нам вы можете доверить качественную подготовку необходимых деталей.