Этапы развития азотирования в России Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №10-2/2016 ISSN 2410-700Х_

УДК 62-5

Бенгина Татьяна Алексеевна

канд.техн.наук, доцент СамГТУ, г. Самара, РФ E-mail: [email protected]

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ АЗОТИРОВАНИЯ В РОССИИ

Аннотация

В работе рассмотрено зарождение и развитие одного из видов химико-термической обработки материалов - азотирования. Описано поэтапное освоение и становление технологического процесса. Проанализированы труды известных ученых, специализирующихся в этой области. Представлена классификация процессов по Ю.М.Лахтину. Рассмотрено современное состояние азотирования на предприятиях промышленного комплекса.

Ключевые слова

Химико-термическая обработка, азотирование, диффузия, упрочнение

Азотирование - один из видов химико-термической обработки (ХТО) материалов, при которых происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя изделия азотом. Обрабатываемая деталь при определенной температуре выдерживается в активной газовой среде, при этом на поверхности изделия происходит взаимодействие между металлом и насыщающей средой. Концентрация диффундирующего элемента меняется по глубине поверхностного слоя металла или сплава и как следствие, изменяются его структура и свойства. Повышается твердость, износостойкость и коррозионная стойкость поверхностного слоя детали. Руководствуясь этими показателями, предприятия машиностроительных отраслей при выборе технологии упрочнения деталей останавливаются именно на азотировании.

Впервые азотирование осуществил Чижевский И.П., промышленное применение началось в двадцатые годы.

В сороковых-шестидесятых годах процесс азотирования занял определенную нишу в общем объеме изготовления изделий, подвергаемых улучшению. В это время Ю.М.Лахтин [6] экспериментально подтвердил справедливость теории чистой диффузии при формировании диффузионного слоя. Эти результаты находились в полном соответствии с принципами ориентационного и размерного соответствия, сформулированными П.Д.Данковым [7]. А также принципом химического соответствия, разработанным Я.С.Уманским [8] . Превращения в металлических сплавах всегда протекают так, что кристаллическое строение новой фазы и ее состав должны минимально отличаться от исходной. Сначала происходит образование твердого раствора, а затем химического соединения.

Следующий этап в развитии азотирования в России совпал по времени с изменением в мировой практике концепции выбора материалов для изготовления изделий. Началось применение материалов в метастабильном состоянии; резкое усиление роли синергизма механических свойств и экстремальных технологий, обеспечивающих создание структуры материала с высоким уровнем неравновесности и их самоорганизацию в неравновесных условиях. Возникло новое направление - инженерия поверхности, -предполагающее ведущую роль поверхности и ее свойств в обеспечении конструкционной прочности и эксплуатационных свойств изделий [2,3,4].

Вызванное этими процессами ускорение развития химико-термической обработки привело к росту объемов и газового азотирования. Развитие этого процесса шло путем создания новых насыщающих сред. В 1960-1980 годах в России процессы азотирования осуществляли в широком диапазоне температур в различных насыщающих средах, Была предложена классификация этих процессов [7] , в основу которой

были заложены представления о низкотемпературном (ниже 600 C0) и высокотемпературном (выше 600 C0) азотировании (рис. 1 ).

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №10-2/2016 2410-700Х

Рисунок - Классификация процессов азотирования по Ю.М. Лахтину

Анализ схемы, представленной на рис. 1 , показывает, что к низкотемпературному азотированию

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №10-2/2016 ISSN 2410-700Х_

отнесены не только классические процессы с насыщением в чистом аммиаке, аммиаке, разбавленном азотом, аммиаке с добавками кислорода или воздуха, но и процессы с добавлением к аммиаку углеродосодержащих газов и в углеродосодержащих расплавах солей.

Кратковременное газовое азотирование проводится в частично диссоциированном аммиаке, смеси аммиака и предварительно диссоциированнного аммиака, а также в смесях аммиака с кислород- и углеродосодержащими газами. Как показано в работах Ю.В.Сорокина и А.Н.Минкевича [7 ], разбавление аммиака азотом позволило уменьшить хрупкость и увеличить толщину диффузионного слоя.

Для получения общей толщины слоя hN около 0,5мм продолжительность азотирования

конструкционных сталей при 500-520 ь уменьшается до 25-30 ч. Кратковременное газовое азотирование или нитрон-процесс, разработанный фирмой «Айхелин», представляет собой насыщение поверхности "C

деталей при 570-580 ^ в течение 2-4 ч в смеси аммиака и экзогаза при их соотношениях 1:1 и 1:3 [5].

Азотирование в плазме тлеющего разряда в России начали изучать в 1962г. Основные результаты по разработке научных основ процесса, промышленных технологий и оборудования для их осуществления выполнены школами Ю.М.Лахтина и Б.Н.Арзамасова [ 7].

Изучению процесса азотирования в России уделялось и уделяется повышенное внимание. Азотирование, как метод упрочнения, прошло все классические стадии развития: от пионерских научных экспериментов, через многочисленные лабораторные исследования, производственную отработку, - к широкому промышленному использованию. Достигнутые результаты позволили широко внедрить этот процесс на машиностроительных заводах России и обеспечить высокую износостойкость, твердость, коррозионную стойкость, сопротивление усталости машиностроительных изделий [1].

За последние годы появилось большое количество работ, направленных на дальнейшее совершенствование процессов цементации и нитроцементации. Но с разработкой и внедрением автоматического регулирования углеродного потенциала и заданного распределения углерода по толщине слоя можно считать, что классическая цементация исчерпала свои ресурсы повышения прочности деталей.

Поэтому становится все более актуальным использование азотирования как одного из наиболее перспективных видов ХТО.

В настоящее время азотирование находится в динамическом развитии, его достоинства постоянно совершенствуются, что позволяет использовать его для упрочнения различных материалов. Все это приближает мечты первых активных исследователей газового азотирования, считавших эту технологию универсальным методом упрочнения с неограниченными возможностями.

Список использованной литературы:

1.Бенгина Т.А. Оптимизация технологического процесса газового азотирования: Дис.... канд. техн. наук.-Самара: Самар.гос.техн.ун-т, 2008.-155с.

2.Зинченко В.М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико-термической обработки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.-303с.

З.Зинченко В.М., Сыропятов В.Я., Барелко В.В., Быков Л.А. Газовое азотирование в каталически приготовленных аммиачных средах//МиТОМ.1997,№7,с. 7-11.

4. Зинченко В.М., Сыропятов В.Я. Новый метод низкотемпературной химико-термической обработки// Материалы 3 собрания металловедов России. Рязань:РДНТП, 1996, с.20-23.

5. Лахтин Ю.М.,Арзамасов Б.П. Химико-термическая обработка металлов. М.: 1975,-160с.

6.Лахтин Ю.М. Научные основы технологии процесса азотирования//Дис...д-ра техн.наук.-Москва: 1953.-325с.

7. Лахтин Ю.М.,Коган Я.Д. Азотирование стали. М.: Машиностроение,1976.-256с.

8. Уманский Я.С. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия/ Ю.А.Скаков, А.Н.Иванов, Л.Н.Расторгуев. М.: Металлургия, 1982.-631с.

© Бенгина Т.А., 2016