Азотирование и карбонитрирование

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ...

скачать книгу Азотирование и карбонитрирование

сталь не претерпевает фазовых переходов, как это имеет место в других видах поверхностного упрочнения (нитроцементации, цементации, индукционной и лазерной закалке и др.).
...
Нельзя, по-видимому, упускать из виду и тот факт, что при азотировании и карбонитрировании достигаемое упрочнение не связано с получением в поверхности мартенситной структуры. Из этого следует, что локальные разогревы в месте контакта при трении не будут приводить к местному разупрочнению карбонитрированных слоев, чего нельзя избежать в случае мартенситных структур, например, полученных при нитроцементации.
...
Несмотря на очевидность преимуществ азотирования по сравнению с другими промышленными методами поверхностного упрочнения, применимость его долгое время оставалась приоритетом уникальных случаев машиностроительного производства - деталей летательных аппаратов, морских судов, особо прецизионных станков и т.п. Более широкому распространению метода мешала исключительно высокая трудоемкость технологических процессов, невозможность "глубокого" поверхностного упрочнения, хрупкость поверхностных зон азотированного слоя, резкое ухудшение шероховатости азотированной поверхности, искажение геометрических размеров деталей.
...
Первым шагом в решении перечисленных проблем явилось создание в 60-х годах принципиально новой схемы азотирования, использующей плазму тлеющего разряда. Дальнейшее развитие метода, в том числе в работах советских ученых (Б.Н. Арзамасова, Ю.М. Лах-тина), привело в настоящее время к разработке доступных,промышленных технологий и образцов оборудования для плазменного азотирования. Сдерживающим фактором, однако, для массового потребителя остается повышенная стоимость такого оборудования и необходимость тщательной отработки режимных параметров процесса в зависимости от индивидуальных особенностей обрабатываемых деталей и материалов. Публикуемая книга знакомит читателя с основными представлениями теории и практики плазменного азотирования, а также содержит весьма ценные рекомендации по рациональному выбору параметров азотирования, исходного структурного состояния азотируемого материала, приводится стоимостный анализ процесса и дается его экологическая оценка как наиболее безопасного из всех известных методов поверхностного упрочнения.
...
Другая причина резкого возрастания интереса к низкотемпературным процессам насыщения сталей и чугунов азотом и углеродом заключается в разработке в 70-х годах и промышленном освоении скоростных и технологически надежных процессов карбонитри-8
...
рования в газовых и жидких средах. Как показали исследования, при одновременном насыщении стальной поверхности азотом и углеродом, особенно при наличии в среде и при участии в реакции кислорода, возникающие в упрочняемой поверхности монофазные зоны карбонитридов (или оксикарбонитридов) не являются хрупкими, как при чистом азотировании. Именно эти зоны (слои соединений) в большинстве случаев карбонитрирования, в отличие от азотирования, дают максимальный вклад в общее сопротивление износу. Резкое улучшение комплекса важнейших свойств карбонитрированных деталей достигается одновременно при значительном сокращении продолжительности процесса по сравнению с газовым азотированием. Максимальная продолжительность процесса газового карбонитрирования не превышает 7 - 10 ч (против 90 - 100 ч при газовом азотировании), а в случае жидкостного карбонитрирования сокращается еще больше - до 0,5 -2 ч.
...
Высокой эффективностью, простотой и технологической гибкостью характеризуются жидкостные процессы карбонитрирования, широко представленные в публикуемой книге. По сведению авторов, даже полуядовитый процесс жидкостного карбонитрирования ("тенифер") по рекомендациям специалистов фирмы "Дегусса" (ФРГ) за короткий срок был освоен более чем на 1000 предприятий разных стран мира.
...
Особое развитие жидкостные процессы карбонитрирования получили в результате создания так называемых экологически безопасных технологий с регенирируемыми карбонатцианатными расплавами. В СССР безьядовый расплав для карбонитрирования впервые предложен в 1972 г. известным советским ученым ДА Прокошкиным. В 1984 г. вышла в свет его монография "Химико-термическая обработка металлов - карбонитрация" (издательства "Металлургия", "Машиностроение"), где подробно изложены теоретические основы жидкостного карбонитрирования. В публикуемой книге западногерманских авторов широко представлены технологические вопросы и проблемы практической реализации процессов карбонитрирования в условиях машиностроительных предприятий.
...
Внимание читателя обращается и на такой факт, что интенсивные исследования в области низкотемпературного насыщения сталей азотом и углеродом часто приводят к тому, что многочисленные разработчики и отдельные фирмы, создавая собственные технологии, присваивают им специфические наименования, маскируя тем самым физическую сущность того или иного процесса, нередко вводя потребителя в заблуждение. Так, в разное время появилось свыше десятка названий для процессов карбонитрирования: "тенифер", "новый тенифер", "траффтрайд", "мелонайт", "деганит", "нитрок", "нико-трирование", "ускоренное азотирование", "мягкое азотирование" и т.д.
...
Авторы книг по карбонитрированию настоятельно подчеркивают важность правильного использования терминологии. В частности, ДА Прокошкин предложил применять для процессов карбонитрирования специальный термин - "карбонитрация", что отличает его от таких понятий как "нитроцементация" (высокотемпературный процесс с обязательным получением нетеплостойкого мартенсит-ного поверхностного слоя) и "азотирование" (низкотемпературный процесс с получением хрупкого нитридного поверхностного слоя). Аналогичные предложения приводятся и в настоящей книге (Д. Лидт-ке, гл. 1).
...
Убедительные примеры эффективности поверхностного упрочнения при карбонитрировании, простота промышленной реализации, доступность и экономичность технологий, а также многочисленные закономерности влияния технологических факторов на различные показатели, рассмотренные в книге, делают ее весьма полезной как для работников промышленности, так и для широкого круга советских исследователей, работающих в области азотирования и карбонитрирования.
...
Учитывая, однако, обширность библиографического списка (более 2500 наименований) и то, что многие из источников, на которые авторы делают ссылки, относятся к специальным иностранным изданиям, в том числе фирменным и ведомственным материалам, недоступным советскому читателю, редакция сочла целесообразным полный библиографический список в русском переводе не помещать. В тексте перевода книги нумерация ссылок сохраняется такой же как в оригинале. Для справки сообщаем, что оригиналы книги находятся в ГПНТБ (Москва) и в издательстве "Металлургия". При необходимости ознакомления с библиографическим списком читатель может, например, обратиться в редакцию переводной и справочной литературы издательства.
...
Термин "азотирование" означает обработку, в результате которой поверхностный слой сплавов на основе железа обогащается азотом (см. din
...
Техническое применение метода началось примерно 60 лет назад [1], когда детали из сталей, легированных преимущественно алюминием, хромом, молебденом, титаном или ванадием (азотируемые стали), начали насыщать азотом в газообразном аммиаке. Продолжительность обработки составляла от 30 до 90 ч, при этом глубина диффузии азота достигала нескольких десятых долей миллиметра.
...
Для сокращения длительности обработки был разработан метод, согласно которому азотирование проводилось в тлеющем разряде, что одновременно позволило вместо аммиака использовать газообразный азот. Метод получил название "ионитрирование" ("lonit-rieren") [2]. Впоследствии был разработан метод насыщения поверхности в цианид-цианатных расплавах, получивший название "жидкостное азотирование", или тенифер-процесс, который применяется для обработки инструмента и деталей из легированных и нелегированных углеродистых сталей, чугуна или металлокерамики и в отличие от газового азотирования требует значительно меньшего времени. Успехи, достигнутые в результате применения этого метода [3], послужили толчком для разработки в качестве источника азота гранулята, применяемого в особых случаях "азотирования в порошке".
...
Вследствие того что в состав солевых расплавов и гранулята входят компоненты, содержащие азот и углерод, одновременно с азотированием происходит насыщение поверхности углеродом. Этого можно достичь и при газовом азотировании, если к аммиаку (или азоту в случае ионного азотирования) добавить углеродсодержащий газ. С этой целью помимо процесса, получившего название "кратковременное газовое азотирование", были разработаны такие процессы, как "никотрирование", "нитрок-процесс", "деганит-процесс" и т.д., названия которых подчеркивают их отличие от газового азотирования в аммиаке. Некоторые из названий, особенно "кратковре-
...
бой скоростью без риска возникновения мартенсита. По этой Причине в отличие от закалки деформации и коробления азотированных деталей и инструментов получаются незначительными. Это позво-ляеет упростить последующую обработку и даже вообще избавиться от нее. Соответственно меньшими по сравнению с другими видами термической обработки оказываются и энергозатраты.
...
Влияние рассматриваемых процессов на прочность, износостойкость и коррозионную стойкость открывает широкие технические возможности их применения почти во всех областях промышленности, что выражается, например, в наличии более 1000 установок для азотирования и карбонитрирования, эксплуатируемых в различных странах мира. В гл. 2 - 5 рассматриваются некоторые типичные области применения, а также приводятся описания разных технологических процессов.
...
Атомный радиус азота составляет 0,071 нм, т.е. примерно в два раза меньше, чем у атомов железа. Поэтому атомы азота могут внедряться в кристаллическую решетку железа, причем для энергетического баланса местами их внедрения как в о.ц.к., так и в г.ц.к. решетках могут служить октаэдрические поры (рис. 1). В феррите (а-твер-дый раствор) при 590 °С может раствориться не более 0,115 % (по массе) азота, а в аустените (у-твердый раствор) при 650 °С - не бо-леее 2,8 % (по массе) азота [4].
...
элементов - алюминием, бором, хромом, молибденом, марганцем, ниобием, кремнием, танталом, титаном, вольфрамом, ванадием, цирконием - можеет образовывать так называемые нитриды, которые выделяются в виде твердых частиц в железной матрице (табл. 2). Кроме того, в карбидах растворяется до 0,1 % (по массе) азота, в результате чего образуются карбонитриды.
...
Если локальная концентрация азота в феррите превышает 5,6 % (по массе), то возникают -у'-нитриды с г.ц.к. решеткой, имеющие формулу Ре4Ы и стехиометрическое содержание азота, равное 5,88 % (по массе). Это соединение характеризуется областью гомогенности в интервале содержаний азота 5,7-6,1 % (по массе).
...
При еще более высоком содержании азота могут образовываться ^-нитриды, стехиометрическое содержание азота в которых СОС-
...
Помимо этих стабильных нитридов существует и метастабиль-ный а"-нитрид (формула Fe16N2 или Fe8N), стехиометрическое содержание азота в котором составляет 2,95 % (по массе).
...
Представление о метастабильных равновесных состояниях твердых растворов Fe - N и нитридов дает диаграмма состояния системы железо - азот, например по Хансену [5] (рис. 2). Из нее видно, что здесь, так же как и в системе Fe - С, образуется эвтектоид. Выше 590 °С существует аустенит, в котором может раствориться до 2,8 % (по массе) азота (при 650 °С). При содержании азота < 2,35 % (по массе) в интервале температур 590 - 800 °С существует двухфазная область, состоящая из азотистых феррита и аустенита, а при 590 °С и содержании азота 2,35 % (по массе) образуется эвтектоид браунит, состоящий из феррита и у'-нитрида.
...
Для рассмотрения системы Fe - N - С следует использовать трех-компонентные диаграммы состояния [6]. На рис. 3 приведена такая диаграмма для температуры 575 °С. Из нее следует, что е
...
В табл. 3 приведены взятые из литературных источников данные о строении и составе разных нитридов жеелеза, подтверждающие показанные на рис. 2 и 3 зависимости [4].
...
Азотирование проводится преимущественно в интервале температур 500 - 600 °С, а ионное азотирование - при температуре даже ниже 500 °С. Карбонитрирование проводится преимущественно при 570 - 580 °С, а иногда при температурах до 610 °С. Для процесса азотирования характерны следующие стадии:
...
цианата. При газовом азотировании в среде аммиака, регулируя расход и давление в печи в зависимости от температуры, устанавливают соответствующую степень его диссоциации. Функциональной корреляции между содержаниями азота в насыщенной среде или в обрабатываемом материале и азотным потенциалом, используемым для управления процессом азотирования, экспериментально установить до сих пор не удалось, так же как еще не удалось достаточно полно выявить термодинамику процесса [7]. Вследствие этого определяющий уровень азота для управления процессами азотирования или карбонитрирования пока не установлен. На практике при газовом азотировании и карбонитрировании используют величину так называемого потенциала азотирования Км, представляющего собой соотношение парциальных давлений непродиссоцииро-вавшего аммиака и выделившегося в процессе его диссоциации в пространстве печи водорода (см. гл. 2).
...
Что касается диффузии азота в поверхностный слой материала на третьей стадии процесса азотирования (см. выше), то до настоящего времени имелось всего лишь несколько результатов исследований [8], вследствие чего невозможно привести достоверных количественных данных.
...
Коэффициент диффузии азота в феррите в интервале температур 500 - 600 °С по данным работы [4] составляет 6,5 • Ю-8 -2,7-10-7см2/с.
...
Внедрившиеся в поверхностный слой материала атомы азота диффундируют в дальнейшем как по границам зерен, так и через них. В зависимости от продолжительности обработки возникает соответствующий концентрационный профиль, характеризующий распределение азота по глубине (например, см. рис. 4). Если на поверхности концентрация азота достигает величины, необходимой для образования V'- или е-нитрида, то отмечается образование имелно этих нитридов. Они растут из отдельных зародышей и быстро образуют сплошной слой, называемый нитридным, или "слоем соединений". Толщина слоя, независимо от содержания азота в обычно применяемых средах, увеличивается в результате дальнейшего поглощения азота в соответствии с первым законом диффузии Фика, т.е. приблизительно пропорционально корню квадратному из продолжительности обработки. Одновременно продолжается диффузия атомов азота через слой соединений в глубь металла. При этом скорость их диффузии через у'-фазу примерно в 25, а через е-нитрид даже в 60 раз меньше, чем через феррит. Диффундирующий при карбонитрирова-
...
фузии Фика, о чем, например, свидетельствует выведенное Лайтфу-дом и Джеком [9] для случая газового азотирования легированных сталей уравнение для глубины азотирования Ыи
...
где [14] - содержание азота в поверхностном слое, % (ат.): [X] - содержание азотобразующих компонентов, % (ат.); { - продолжительность азотирования, мин; 0$ - коэффициент диффузии азота в феррите, см2/с; к - зависящий от отношения [14] / [X] поправочный коэффициент.
...
В отличие от науглероживания, при азотировании следует исходить из того, что максимальный перепад по содержанию азота между поверхностью, соответствующей слою соединений, и сердцевиной достигается уже через несколько минут после начала обработки и в дальнейшем это различие уже не изменяется. Таким образом, перенос азота или содержание последнего в насыщающей среде для скорости азота азотированного слоя играет лишь второстепенную роль. Нитридообразующие легирующие элементы тормозят диффузию и соответственно уменьшают скорость роста азотированного слоя. Это полностью относится и к слою соединений.
...
На рис. 5 приведена установленная в работе [9] зависимость глубины азотирования от продолжительности газового азотирования
...
Рис. 6. Зависимость глубины азотирования от длительности обработки при жидкостном карбонитрировании цементуемых и улучшаемых сталей [10]: ; - С15; 2 - С45;
...
рис. 9. Полученная с помощью рЭМ микрофотография структуры поверхностного слоя ударного образца из стали Cf45, подвергнутой газовому карбонитрирова-нию при 570°С в течение 3 ч [45]
...
а - жидкостного при 570°С в течение 2 ч, травления 1 %-ным раствором нитала [47]; б - газового при 570°С в течение 2 ч, травление в 1 %-ном растворе нитала с хлористым иодом [47]; в - то же, травление пикратом [47]
...
ронный микроскоп (РЭМ) можно идентифицировать как поры (рис. 8 и 9). Они представляют собой микропустоты, частично выходящие на поверхность, либо смыкающиеся между собой или замкнутые внутри окружающего их материала.
...
Выявляемая в зависимости от использованного травителя структура позволяет предположить неоднородное строение слоя соеди-
...
Рис. 10. Структура поверхностного слоя образца из стали Х165СгУ12, подвергнутой жидкостному карбонитрированию при 570°С в течение 2 ч [11]
...
Рис 8. Полученная с помощью РЭМ микрофотография поверхности образца из стали Cf45, подвергнутой газовому карбо-нитрированию при 570°С в течение 3 ч
...
нений, состоящего из разных кристаллических фаз, что и соответствует перепаду содержания азота, ожидаемому в результате диффузии. В то же время следует полагать, что неоднородность исходно-го структурного состояния, особенно ферритокарбидного распределения, непосредственно будет отражаться на характере структуры слоя соединений.
...
Послойный рентгенографический анализ карбонитрированных стальных образцов в зоне слоя соединений показал, что в наружной области преобладают е
...
мощью оптического микроскопа исследований, могут наблюдаться первичные и вторичные карбиды, принадлежащие исходной структуре. Такие карбиды хорошо различимы в слое соединений высоколегированных сталей (рис. 10). Травление реактивом Мураками позволило показать, что внешний контур указанных первичных карбидов претерпевает изменения, очевидно, в результате поглощения азота [11].
...
четливо видно, что пластины цементита растут за счет подвода к ним азота со стороны феррита, причем до тех пор, пока они полностью не перейдут в слой соединений. Отсюда следует, что исходные карбиды при возникновении слоя соединений не растворяются, а превращаются в карбонитриды.
...
Сульфиды или графитовые включения исходной структуры также наблюдаются в структуре слоя соединений, как это видно из микрофотографий структур, приведенных на рис. 12. Кроме того, из этих же снимков следует, что слой соединений формируется не в результате наслоения, а вследствие обусловленных обогащением азотом структурных изменений. В металлокерамических сплавах на основе железа после азотирования или карбонитрирования также наблюдаются поры. При этом вследствие глубокой диффузии азота даже на относительно большом расстоянии от поверхности детали по кромке пор образуется нитридный слой (рис. 13).
...
Диффундирующий при карбонитрировании углерод поглощается образовавшимися в слое соединений нитридами, вследствие чего этот слой можно рассматривать как карбонитридный. Если насыщающая среда содержит кислород, то его можно также внедрить в слой соединений. Такой слой, например, в работе [14] назван оксикарбо-нитридным.
...
Относительно причин возникновения пор ведутся споры. Матушек и Тренклер [15] выдвигают в качестве причины эффект Киркендалла, заключающийся в том, что атомы железа диффундируют снаружи внутрь, а дефекты кристаллической решетки - изнутри наружу. <о-лошвари [16], напротив, считает остаточные напряжения ответственными за образование пор. Согласно [14], предполагается, что в дефектных местах кристаллической решетки, например на дислокациях, на межфазных границах или на границах зерен, в пределах е-фазы атомы азота объединяются в молекулы, а возникающее при этом давление газов приводит к образованию и росту пустот. Шрё-тер [17], ссылаясь на данные [18], поддерживает это предположение и исключает эффект Киркендалла. Он называет выделяющийся в материале молекулярный азот мольнитом и рассматривает его как фазу стабильной системы железо - азот, аналогично графиту в системе железо - углерод. Шрётер считает, что мольнит является результатом процесса азотирования, а также фазовых превращений при последующем охлаждении.
...
Обычно поры скапливаются в наружной области слоя соединений (рис. 7, а), получившей название "пористая кромка". В чугунах после улучшения, а также в кипящих сталях и сталях с высоким содержанием серы пористость выражена сильнее, и поры могут занимать более половины толщины слоя соединений. Поры, возникающие при газовом карбонитрировании, намного меньше по размерам, но более многочисленны, чем при жидкостном карбонитрировании. Более сильная пористость наблюдается также при карбонитрировании в расплавах солей, загрязненных примесями железа (в растворенном виде или в виде выделений) или серой [10].
...
В центре очень пористых слоев соединений иногда наблюдаются ячеистые, примыкающие одна к другой, расположенные параллельно поверхности большие поры. Вдоль такой "цепочки пор" при
...
Рис. 15. Структура поверхностного слоя образца из стали Ск15 Ы, подвергнутой газовому карбонитрированию при 570°С в течение 6 ч [45] (на снимке б видны отпечатки индентора после измерения твердости пористых и свободных от пор участков слоя соединений)
...
абразивном или фрикционном износе могут выкрашиваться, как при питтинге, целые участки слоя соединений (рис. 14). Напротив, цепочки очень мелких пор, различным образом расположенные в слое соединений, встречаются очень часто (рис. 15, а).
...
Пористость заметно понижает твердость наружной области слоя соединений. В результате пористости стойкость слоя соединений против абразивного износа ниже, чем беспористой части. Поэтому в некоторых случаях целесообразно путем тонкой механической обработки удалять полностью или частично пористую часть слоя, чтобы тем самым препятствовать сильному износу при пусках, а также препятствовать попаданию изношенных очень твердых нит-ридных частиц в смазку, например в закрытых трибосистемах.
...
В случае углеродистой стали в зонах, расположенных под слоем соединений, азот, продиффундировавший в процессе азотирования или карбонитрирования, внедряется в междоузлия кристаллической решетки железа и находится в виде твердого раствора. При быстром охлаждении до комнатной температуры вследствие слабой растворимости азота в феррите при этой температуре возникает сильно пересыщенный твердый раствор. Из него уже при комнатной температуре, начиная с ~ 0,002 % N. предпочтительно на дислокациях выделяются пластинчатой формы а"-нитридные частицы определенной ориентации, которые несколько увеличивают параметры фер-
...
Рис. 14. Структура поверхностного слоя образца из стали С100, подвергнутой жидкостному карбонитрирова-нию при 570°С в течение 2 ч, с поверхностной пористой зоной и локально выкрошившимся слоем соединений [45]
...
Рис. 16. Структура поверхностного слоя образца из стали С15 N, подвергнутой жидкостному карбонитрирова-нию при 570°С в течение 2 ч и охлаждению на воздухе, с нитридными выделниями в феррите [47]
...
ритной решетки [19 - 21]. При температурах выше комнатной этот процесс ускоряется, а"-частицы растут до критического размера; затем в результате последующего перераспределения азота и увеличения его концентрации начинается их трансформация в -р
...
Нитридные выделения, размеры которых превышают критические, хорошо различаются при наблюдении в оптический микроскоп (рис. 16). Они приводят к понижению твердости и прочности диффузионного слоя углеродистых сталей по сравнению с их закаленным состоянием, в результате чего усталостная прочность деталей может понизиться, а коробление возрасти [22]. Как видно из микрофотографий, приведенных на рис. 17, 18, нитридные частицы в феррите различаются размером и количеством в зависимости от условий их выделения. После медленного охлаждения с температуры азотирования или карбонитрирования до комнатной возникают малочисленные, однако относительно протяженные и частично соответствующие диаметру ферритного зерна нитриды, показанные на рис. 17, а. Напротив, в результате выдержки при температуре выше комнатной образуется большое число нитридов, длиной <5 мкм (рис. 17, б и 18). На микрофотографиях, полученных с помощью растрового электронного микроскопа, в образце из стали Ск15 N с нормализо-
...
Рис. 1/. Структура поверхностного слоя образца из стали С15 N. подвергнутой газовому карбонитрированию при 570°С в течение 2 ч, с охлаждением: а - на воздухе [45]; б - в воде и с последующей выдержкой при 80°С [45]
...
Рис. 18. Структура поверхностного слоя образца из стали Скібіч, подвергнутой газовому карбонитрированию при 570°С в течение 2 ч с охлаждением в воде и последующей выдержкой при 325°С в течение 10 мин [45]
...
Рис. 16. Структура поверхностного слоя образца из стали С15 N, подвергнутой жидкостному карбонитрирова-нию при 570°С в течение 2 ч и охлаждению на воздухе, с нитридными выделниями в феррите [47]
...
ванной исходной структурой после азотирования и последующего нагрева с выдержкой при 325 °С (рис. 19) четко видна пластинчатая форма выделившихся нитридов. На рис. 20 приведена построенная Кубалеком [20] для стали с очень низким содержанием углерода диаграмма изотермических превращений, по которой можно приближенно определить условия выдержки (температуру, продолжительность) для образования различных нитридных фаз.
...
Нитридные выделения в феррите могут быть использованы для оценки глубины диффузии азота. При соответствующем увеличении с помощью оптического микроскопа можно определить расстояние от поверхности, на которое распространяются нитридные выделения (см. рис. 16). Необходимо, однако, учитывать, что измеренная таким образом глубина азотирования не соответствует фактической глубине диффузии азота.
...
В случае легированных сталей уже в процессе азотирования в диффузионном слое образуются субмикроскопические нитридные выделения, неразличимые в оптический микроскоп, которые можно выявить лишь благодаря тому, что диффузионный слой сильнее поддается травлению, чем поверхностный слой неазотированной стали (рис. 21). Ни медленное охлаждение, ни последующий нагрев не оказывают влияния на описанную картину образования диффузионного слоя в легированных сталях.
...
Твердость сплавов на основе железа в результате их насыщения азотом повышается. В случае углеродистых сталей это происходит, Главным образом, в результате выделения из феррита при комнат-
...
Рис. 19. Полученная с помощью РЭМ микрофотография нитридных выделений в феррите образца из стали Ск15М, подвергнутой газовому карбонитрированию при 570°С в течение 2 ч с охлаждением в воде и последующей выдержкой при 325°С в течение 10 мин [45]
...
Рис. 20. Изотермическая диаграмма превращений для сплава железо - азот [20]: ! - выделение Ре4І\І; // - рост частиц Ре4І\І после достижения ими критических размеров;/// ' - превращение ?е16Ы2
...
26. Кривые изменения твердости образцов из азотируемой стали 31СгМоУ9, подвергнутых разным способам обработки [47]: ^ - газовое азотирование (500°С, 36 ч)' 2 - карбонитрирование в порошке (560 "С, 24 ч);
...
Влияние исходного состояния структуры, а также скорости охлаждения и последующих нагревов на характер изменения твердости углеродистых сталей показано на рис. 27 на примере стали Ск15 N. Если в результате быстрой закалки образуется сильно пересыщенный феррит, наиболее сильно подверженный дисперсионному твердению, то при медленном охлаждении и последующем изотермическом нагреве твердость поверхностного слоя оказывается существенно меньше. Упрочнение поверхностного слоя особенно слабое в случае исходного состояния стали после неполного отжига.
...
мере увеличения длительности выдержки при комнатной температуре твердость вследствие дисперсионного твердения феррита постепенно повышается. Этот процесс заканчивается приблизительно через 8 - Ю сут (рис. 29).
...
Оптимальные значения нагрузки на индентор для определения зависимости "истинной" твердости поверхности от глубины азотирования по DIN 6773, часть 5 приведены в табл. 4.
...
Влияние структурного состояния на твердость поверхности и послойное распределение твердости после азотирования или карбо-нитрирования особенно наглядно проявляется на сталях, легированных нитридообразующими элементами. Поскольку почти все нитридо-образующие элементы одновременно являются и карбидообразую-щими, то в процессе предварительного улучшения в зависимости от условий отпуска (температуры и длительности) они в большей или меньшей мере связываются в карбиды. В результате этого при последующем азотировании
...
В качестве характерного признака распределения твердости азотированного поверхностного слоя - по аналогии с цементированными или поверхностно закаленными деталями - можно использовать расстояние от поверхности, где "граничная твердость" еще отличается от твердости сердцевины. Согласно DIN 50190, часть 3, граничная твердость азотированных и карбонитрированных деталей, как правило, должна на 50 HV превышать твердость сердцевины. Соответствующее граничной твердости расстояние от поверхности в перпендикулярном ей направлении до этой точки называется "глубиной азотирования" (см. Nht
...
Упрочнение азотированного или карбонитрированного слоя проявляется в более высокой по сравнению с исходным состоянием твердости поверхности. При этом необходимо учитывать, что уже при нагрузках на индентор свыше 10 Н получают твердость, представляющую сумму твердостей слоя соединений и диффузионного слоя. Эта суммарная величина зависит от толщины каждого из слоев и характера послойного изменения твердости, а тем самым и от состава материала, структурного состояния матрицы диффузионного слоя и от условий обработки (температуры и длительности), а в случае углеродистых сталей, кроме того, от скорости охлаждения и последующих нагревов. Следует также учитывать, что у нелегированных сталей непосредственно после резкого охлаждения с температуры азотирования до комнатной температуры - в состоянии квазидиффузионного отжига - твердость еще относительно низка. Лишь по
...
имеется лишь ограниченное их количество для образования нитридов. Следствием этого является то, что поверхностная твердость подвергнутых более высокому отпуску деталей ниже.
...
Выбор способа испытания для определения твердостных параметров азотирования в соответствии с минимальными значениями глубины слоя азотирования №(т/п и величины поверхностной твердости
...
рис. 31. Влияние длительно ;ти обработки на относительное изменение предела прочности (ов), предела текучести
...
Упрочнение поверхностного слоя при азотировании приводит к повышению и циклической прочности сталей. Согласно данным [26], это обусловлено дисперсионным твердением диффузионного слоя [27]. В случае углеродистых сталей это объясняется выделением нестабильных а"-нитридов из пересыщенного азотом после быстрого охлаждения (закалки) до комнатной температуры феррита, а в случае легированных сталей - выделением мелкодисперсных нитридов легирующих элементов в диффузионном слое уже в процессе азотирования или карбонитрирования. Оба типа выделений за счет "внутреннего трения" препятствуют скольжению дислокаций, возникающих и перемещающихся в результате пластических знакопеременных деформаций при циклической нагрузке [28].
...
На образцах и деталях из стали, металлокерамики и чугуна было установлено, что повышение предела выносливости составляет примерно от 20 до 200 % [29]. Повышение усталостной прочности зависит от типа циклической нагрузки, формы и размеров детали, коэффициента концентрации напряжений оск, природы материала детали и его исходного состояния, а также от условий карбонитрирования. В случае углеродистых сталей к этим факторам добавляет-
...
Рис 30. Зависимость между твердостью поверхности и длительностью обработки при жидкостном карбонитрировании сталей [47]:
...

Азотирование и карбонитрирование
Оcновы сварки судовых конструкций
Материаловедение
Російсько-український словник зварювальної термінології. Українсько-російський словник зварювальної термінології.

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Азотирование и карбонитрирование