о Fe

При понижении температуры области а-раствора и особенно е-фазы на диаграмме состояния сужаются (см. рис. 202), и поэтому при медленном охлаждении с температуры азотирования в а- и е-слоях должны появиться вторичные выделения у. С удалением от поверхности при комнатной температуре слои чередуются в следующем порядке: е->е-Ь + Увт ->7 - -а + у -а.

На границах слоев e-fy/y и у/а+увт при комнатной температуре (соответствующие границы при температуре азотирования -е/у и у7а) концентрация азота меняется скач-кообразно. Эти скачки соответствуют ,%(ттссе) отрезкам аЬ и cd на диаграмме сори с. 202. диаграм Лостоя ия стояния (см. рис.202). Граница Fe-n слоев е/8--7вт соответствует гра-

нице между фазовыми областями е и е+у на диаграмме состояния (8,1% N при комнатной температуре). Скачка концентрации азота на границе слоев е/е-ЬуЁт не должно быть.

При температуре азотирования 600° С с удалением от поверхности изделия должно наблюдаться чередование слоев 8 -> у ->у -а. При медленном охлаждении аустенит распадается при температурах ниже 590° С, давая эвтектоидную смесь а+у, а в а- и е-слоях появляются вторичные выделения у-фазы. При комнатной температуре после медленного охлаждения должно быть следующее чередование слоев от поверхности в глубь изделия: 6 -> е 4-Увт -> у ЭБтектоид (a-fy) -а+увт ->а.

В легированных сталях азот образует с алюминием, хромом, молибденом и другими элементами нитриды в очень дисперсной форме, вследствие чего азотированный слой приобретает твердость, намного превышающую твердость цементованных сталей.

Образование азотированного слоя сопровождается увеличением удельного объема, и у поверхности возникают остаточные сжимающие напряжения (до 60-80 кгс/мм). Остаточные напряжения сжатия повышают предел выносливости азотированных изделий.

Тонкий слой е-фазы (0,01-0,03 мм) хорошо защищает сталь от коррозии во влажной атмосфере и других средах.

Азотированием повышают твердость, износостойкость, предел выносливости, а также коррозионную стойкость сталей.

Азотирование с целью повысить твердость и износостойкость применяют к деталям из сталей типа 38ХМЮА. Перед азотированием изделие подвергают закалке и высокому отпуску для повы-

шения прочности и вязкости сердцевины. Азотирование проводят при 500-520° С. Из-за низкой температуры и, следовательно, низкой подвижности атомов азота процесс длительный (24-90 ч). Толщина азотированного слоя составляет 0,3-0,6 мм. Можно сократить продолжительность азотирования, повышая температуру, но при этом сильно падает твердость из-за коагуляции нитридов легирующих элементов. Длительный процесс азотирования для повышения твердости и износостойкости целесообразно применять только к изделиям ответственного назначения.

Ускорение азотирования достигают, используя тлеющий разряд между анодом и деталью-катодом (деталь бомбардируют ионами азота, образовавшимися в плазме разряда).

Для повышения коррозионной стойкости азотируют детали из разных сталей (главным образом, из углеродистых). Так как большая твердость здесь не требуется, то температуру процесса выбирают высокой (600-700° С); продолжительность такого процесса 15 мин - 10 ч.

Некоторое применение нашло азотирование деталей из высокопрочных чугунов и титановых сплавов.

Азотирование титановых сплавов - один из немногих примеров промышленного использования химико-термической обработки сплавов цветных металлов. После азотирования повышается износостойкость и уменьшается схватывание деталей при работе в условиях трения.

Цшнирование и нитроцементация

Насыщение поверхности изделий одновременно углеродом и азотом в расплавленной цианистой соли называют цианированием, а в газовой среде - нитроцементацией. Соотношение углерода и азота в диффузионной зоне можно регулировать, изменяя состав среды и температуру процесса.

Цианирование сталей проводят в ванне, содержащей NaCN, при 820-960° С в течение 30-90 мин. При окислении цианистого натрия образуются атомарный азот и окись углерода.

Преимущества цианирования по сравнению с цементацией - значительно меньшая продолжительность процесса и более высокая износостойкость и коррозионная стойкость (благодаря азоту в поверхностном слое). Недостаток процесса - использование ядовитых цианистых солей.

Нитроцементацию сталей, называемую также газовым цианированием, проводят при 850-870° С в течении 2-10 ч в среде, содержащей аммиак и науглероживающий газ. По сравнению с газовой цементацией нитроцементация имеет следующие преимущества: ниже температура процесса и, следовательно, меньше рост зерна, выше износостойкость, меньше коробление деталей.

§ 63. ДИФФУЗИОННаЕ насыщение металлами

Металлы растворяются в железе и других металлах по способу замещения и потому медленнее, чем неметаллы, диффундируют в изделие. Как правило, диффузионное насыщение металлами проводят при более высоких температурах, чем насыщение неметаллами. Типичные примеры - алитирование и хромирование.

Алитирование применяют для повышения окалино-стойкости сталей и реже чугунов. Алитируют также литые лопатки газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов. При нагреве алитированного изделия в окислительной среде на его поверхности образуется тонкая и прочная пленка AI2O3, предохраняющая изделие от дальнейшего окисления. Глубина алитирования в зависимости от метода и режима составляет 0,02-0,8 мм.

Наибольшее распространение получило алитирование стальных изделий в порошках с насыщением из газовой фазы. Порошкообразная смесь состоит из ферроалюминия, хлористого аммония и окиси алюминия. В присутствии NH4CI образуется газообразный хлорид алюминия AICI3, являющийся поставщиком активных атомов алюминия. Окись алюминия предотвращает спекание частиц ферроалюминия. Алитирование проводят при 950-1050° С в течение 3-12 ч.

Диффузионное хромирование позволяет повысить коррозионную стойкость, окалиностойкость и износостойкость стальных деталей.

Наибольшее применение получило хромирование в порошкообразных смесях феррохрома (или хрома), хлористого аммония и окиси алюминия при 1000-1050° С с выдержкой 6-12 ч. Образующийся газообразный хлорид CrCl. является поставщиком активных атомов хрома. Используют также хромирование в вакууме при 1000-1050° С в течение нескольких часов с насыщением из паровой фазы, которая получается при испарении порошка хрома.

Для повышения коррозионной стойкости и окалиностойкости поверхностный слой должен иметь структуру пластичного твердого раствора хрома в а-железе. Если одна из целей хромирования - повышение твердости, то в поверхностном слое должны образоваться карбиды хрома (CrjgQ, СгСз). Для этого выбирают сталь, содержащую более 0,4% С. Толщина хромированного слоя обычно не превышает 0,2 мм.

§ 64. диффузионное удаление элементов

Удаление вредных примесей при нагреве в вакууме и других средах -важная для ряда изделий разновидность химико-термической обработки. В основе ее лежит диффузионный процесс перемещения атомов из сердцевины к поверхности изделия и 380