Технології азотування ґрунтуються на зміні структури поверхні металевого виробу. Даний комплекс операцій вимагається з метою наділення цільового об'єкта захисними характеристиками. Втім, не тільки фізичні якості підвищує азотування сталі в домашніх умовах, де немає можливостей для більш радикальних заходів наділення заготовки покращеними характеристиками.

Загальні відомості про технології азотування

Необхідність застосування азотування обумовлюється підтриманням характеристик, що дозволяють створювати вироби високоякісними властивостями. Основна частка технік азотування виконується у відповідності з вимогами до термічних способам обробки деталей. Зокрема, поширена технологія шліфування, завдяки якій фахівці можуть точніше коригувати параметри металу. Крім цього, допускається захист ділянок, які не підлягають азотуванню. У даному випадку може застосовуватися покриття тонкими шарами олова допомогою гальванічної методики. У порівнянні з більш глибокими методами структурного поліпшення характеристик металу, азотування – це насичення поверхневого шару сталі, що у меншої мірою впливає на структуру заготовок. Тобто основні якості металевих елементів, пов'язані з внутрішніми характеристиками, що не враховуються при азотованих поліпшення.

Різновиди методів азотування

Підходи до азотуванню можуть розрізнятися. Зазвичай виділяють два основних методи залежно від умов азотування металу. Це можуть бути методи підвищення поверхневої зносостійкості і твердості, а також поліпшення корозійної стійкості. Перший варіант відрізняється тим, що зміна структури проводиться на тлі температури, яка складає близько 500 °C. Скорочення азотування зазвичай досягається при іонній обробці, коли за допомогою анодів і катодів реалізується порушення тліючого розряду. При другому варіанті проводиться легированное азотування сталі. Технологія даного типу передбачає температурну обробку при 600-700 °C з тривалістю процесу до 10 годин. У таких випадках обробка може поєднуватися з механічним впливом і термічної доведенням матеріалів, у відповідності з точними вимогами до результату.

Вплив з іонами плазми

Це метод насичення металів в азотовмісних вакуумі, в якому порушуються електричні тліючі заряди. В якості анодів можуть служити стінки нагрівальної камери, а катодом виступають безпосередньо оброблювані заготовки. З метою спрощення контролю шарової структури допускається корекція технологічного процесу. Наприклад, можуть бути змінені характеристики щільності струму, ступінь розрядження, витрата азоту, рівні додавання чистого технологічного газу і т. д. В деяких модифікаціях плазмене азотування сталі передбачає і підключення аргону, метану і водню. Почасти це дозволяє оптимізувати зовнішні характеристики стали, але технічні зміни все ж відрізняються від повноцінного легування. Головна різниця полягає в тому, що глибинні структурні зміни і корекції виробляються не тільки за зовнішнім покриттям і оболонок вироби. Іонна обробка може зачіпати повну деформацію структури.

Газове азотування

Дана методика насичення металевих виробів проводиться при температурному рівні близько 400 °C. Але є також виключення. Наприклад, тугоплавкі і аустенітні сталі передбачають більш високий рівень нагріву - до 1200 °C. В якості основної середовища насичення виступає дисоційованому аміак. Керувати параметрами структурної деформації можна за допомогою процедури газового азотування, яка передбачає різні формати обробки. Найбільш популярними режимами вважаються двох-і триступінчаті формати, а також комбінація диссоциированного аміаку. Рідше застосовуються режими, які передбачають задіяння повітря і водню. Серед контрольних параметрів, які визначають азотування сталі по якісним характеристикам, можна виділити рівень витрати аміаку, температуру, ступінь дисоціації, витрата допоміжних технологічних газів і т. д.

Обробка з розчинами електролітів

Як правило, використовується технологія застосування анодного нагріву. По суті, це різновид электрохимикотермической швидкісний переробки сталевих матеріалів. В основі даного методу лежить принцип використання імпульсного електричного заряду, який проходить уздовж поверхні заготовки, розміщеної у електролітної середовищі. За рахунок комбінованого впливу зарядів електрики на поверхню металу і хімічної середовища досягається ефект полірування. При такій обробці цільова деталь може розглядатися в якості анода з підведенням позитивного потенціалу від електричного струму. У той же час обсяг катода повинен становити не менше обсягу анода. Тут треба відзначити і деякі характеристики, за якими іонне азотування сталей сходиться з електролітами. Зокрема, фахівці відзначають різноманітність режимів формування електричних процесів з анодами, які, зокрема, залежать від підключаються сумішей електроліту. Це дає можливість більш точної регулювання техніко-експлуатаційних якостей металевих заготовок.

Католицьке азотування

Робочий простір в даному випадку формується диссоциированним аміаком з підтримкою температурного режиму близько 200-400 °С. В залежності від початкових якостей металевої заготовки підбирається оптимальний режим насичення, достатній для корекції заготовки. Це стосується також зміни парціального тиску аміаку і водню. Необхідний рівень дисоціації аміаку досягається за рахунок контролю тиску і обсягів газового постачання. При цьому, на відміну від класичних методів газового насичення, католицьке азотування сталі передбачає більш щадні режими обробки. Зазвичай дана технологія реалізується в умовах азотосодержащей повітряного середовища з тліючим електричним зарядом. Функція анода виконується стінками камери нагрівання, а катода – виробом.

Процесу деформації структури

Практичні всі методи насичення металевих поверхонь заготовок базуються на підключення температурного впливу. Інша справа, що додатково можуть використовуватися електричні і газові методики корекції характеристик, які змінюють не тільки зовнішню, але і зовнішню структуру матеріалу. Головним чином технологи домагаються поліпшення міцнісних якостей цільового об'єкта і захисту від зовнішніх впливів. Наприклад, стійкість до корозії є однією з основних завдань насичення, в рамках якого виконується азотування сталі. Структура металу після обробки електролітами та газовими середовищами наділяється ізоляцією, здатної протистояти природним і механічним руйнуванням. Конкретні параметри зміни структури визначаються умовами майбутнього використання заготовки.

Азотування на тлі альтернативних технологій

Поряд з методикою азотування зовнішня структура металевих заготовок може змінюватися технологіями ціанування та цементації. Що стосується першої технології, то вона більшою мірою нагадує класичне легування. Відмінністю цього процесу є додавання в активні суміші вуглецю. Має суттєві особливості і цементація. Вона також допускає застосування вуглецю, але при підвищених температурах - близько 950 °С. Головна мета такого насичення – домогтися високої експлуатаційної твердості. При цьому і цементація, азотування сталі схожі тим, що внутрішня структура може зберігати певну ступінь в'язкості. На практиці така обробка застосовується в галузях, де заготовки повинні протистояти підвищеного тертя, механічної втоми, володіти зносостійкістю та іншими якостями, що забезпечують довговічність матеріалу.

Переваги азотування

До основних переваг технології відноситься різноманітність режимів насичення заготовок і універсальність застосування. Поверхнева обробка з глибиною близько 02-08 мм дає можливість зберігати базову структуру металевої деталі. Втім, багато чого залежить від організації процесу, в рамках якого виконується азотування сталі та інших сплавів. Так, порівняно з легуванням, використання азотної обробки вимагає менше витрат і допускається навіть в домашніх умовах.

Недоліки азотування

Метод орієнтований на зовнішню доопрацювання поверхонь металу, що зумовлює обмеження по захисним показниками. На відміну від вуглецевої обробки, наприклад, азотування не здатне коригувати внутрішню структуру заготовки з метою зняття напруги. Іншим недоліком є ризик негативного впливу навіть на зовнішні захисні властивості подібного вироби. З одного боку, процес азотування сталі може підвищувати корозійну стійкість та вологозахищенність, але з іншого – він же буде мінімізувати щільність структури і, відповідно, позначиться на міцності властивості.

Висновок

Технології обробки металів передбачають широкий асортимент засобів механічного і хімічного впливу. Деякі з них є типовими і розраховуються на стандартизоване наділення заготовок конкретними техніко-фізичними способами. Інші ж орієнтуються на спеціалізовану доопрацювання. До другої групи можна віднести азотування сталі, яке допускає можливість практично точкової доопрацювання зовнішньої поверхні деталі. Такий спосіб модифікації дозволяє одночасно формувати бар'єр від зовнішнього негативного впливу, але при цьому не змінювати основу матеріалу. На практиці такими операціями піддаються деталі і конструкції, які використовуються в будівництві, машино - і приладобудуванні. Особливо це стосується матеріалів, спочатку піддаються високим навантаженням. Втім, існують і показники міцності, яких неможливо досягти завдяки азотування. У таких випадках застосовується легування з глибинної повноформатної обробкою структури матеріалу. Але і вона має свої недоліки у вигляді шкідливих технічних домішок.