Микроструктуры азотированных сталей

Азотированием называется процесс поверхностного насыщения стали или чугуна азотом. В настоящее время азотирование широко применяется в промышленности для повышения износостойкости и усталостной прочности деталей из легированных сталей и чугунов (обычно высокопрочных – заменителей сталей).

При азотировании углеродистых сталей на поверхности образуются нитриды железа Fe₃ N, которые имеют недостаточно высокую твердость и чрезвычайно хрупки. Поэтому такие стали азотируют только для повышения коррозионной стойкости.

Для износостойкого азотирования применяют специальные легированные стали, которые содержат элементы Cr, Mo, Al, V, Ti. В этом случае в азотируемом слое образуются высокодисперсные нитриды этих элементов (VN, Cr₂ N, Mo₂ N, AlN и другие), которые придают поверхностному слою высокую твердость.

На рисунке 4.7 представлена микроструктура азотированной стали 38ХМЮА. Температура азотирования 520ºС, длительность 30 ч в атмосфере аммиака. В поверхностном слое присутствуют нитриды железа Fe₃ N, хрома Cr₂ N, молибдена Mo₂ N, алюминия AlN. Такой поверхностный слой не поддается травлению и представляет собой светлую полоску, глубже находится сорбитообразная структура.

Рисунок 4.7 – Микроструктура азотированной стали 38ХМЮА (´200)

При температурах выше 591ºС происходит аустенизация стали (азотистый аустенит или γ - фаза), при этом значительно снижается интенсивность диффузии азота и азотирование стали, как таковое, прекращается.

Микроструктуры цианированных сталей

Цианированием называется процесс насыщения поверхности стальных изделий одновременно углеродом и азотом. В зависимости от температур, при которых производится это насыщение, различают высокотемпературное (750…950ºС), среднетемпературное (600…700ºС) и низкотемпературное (500…580ºС) цианирование.

а                           б                           в

а) сталь 20; б) сталь 20Х13; в) сталь 09Х15Н8Ю

Рисунок 4.8 – Микроструктуры диффузионных слоев сталей

цианированных при температуре 570ºС в течение 2 часов (´500)

Процесс цианирования происходит путем нагрева и выдержки стальных деталей, погруженных в цианизаторы (расплавленные соли), либо в газовых атмосферах, содержащих азот и углерод, или, наконец, в твердых порошкообразных смесях или пастах.

Цианированные слои на всех марках сталей, полученные при температурах до 590ºС, состоят, как правило, из двух зон (также как и азотированные): на поверхности корка глобулярных карбонитридов – светлые включения, по ней – более толстый слой азотистого твердого раствора с включениями карбонитридов (рисунок 4.8). Твердый раствор имеет решетку феррита (α -железа). Твердость карбонитридных включений более 12000 МПа.

Карбонитридные слои на поверхности цианированных деталей под оптическим микроскопом имеют вид сплошных светлых нетравящихся полос, однако при большом увеличении четко различима их кристаллическая структура, имеющая выраженную столбчатую ориентацию (рисунок 4.9).

Рисунок 4.9 – Карбонитридная зона (ε-карбонитрид) на диффузионном слое цианированной стали 20 (´12000)

Цианирование по упрочняющему эффекту превосходит как азотирование, поскольку позволяет получать более глубокие диффузионные слои, так и цементацию, поскольку цианированные слои обладают большей твердостью, чем цементованные. Цианирование, также как цементация и азотирование, повышает усталостную прочность деталей.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гуляев А.П. Металловедение [Текст]: Учебник для втузов. – М.: Металлургия, 1986. – 541 с.

2. Колесов С.Н., Колесов И.С. Материаловедение и технология материалов [Текст]: Учебник для втузов. – М.: Высш. шк., 2004. – 519 с.

3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение[Текст]: Учебник для высших технических учебных заведений. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.

4. Материаловедение [Текст]: Учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 648 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение		3
1 Микроструктуры железоуглеродистых сплавов		4
1.1	Микроструктуры технического железа	4
1.2	Микроструктуры технического железа	4
1.3	Пороки микроструктуры стали	7
1.4	Микроструктуры чугунов	8
2 Микроструктуры конструкционных и инструментальных материалов		11
2.1	Микроструктуры легированных сталей	11
2.2	Микроструктуры быстрорежущих сталей	12
2.3	Микроструктуры титана его сплавов	13
2.4	Микроструктуры алюминия и его сплавов	14
2.5	Микроструктуры меди и ее сплавов	16
2.6	Микроструктуры тугоплавких металлов	19
2.7	Микроструктуры баббитов	20
3 Микроструктуры закаленных сталей		21
4 Микроструктуры химико-термически обработанных сталей		22
4.1	Микроструктуры цементованных сталей	22
4.2	Микроструктуры азотированных сталей	25
4.3	Микроструктуры цианированных сталей	26
Библиографический список		27