CC BY
0
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА АЗОТИРОВАНИЯ Куркин Андрей Юрьевич1, студент (kurkinayu@list.ru) Шакиров Алмаз Ринатович2, студент (shakirov.al@bk.ru) Руководитель: ГавариевР.В., к.т.н., доцент 1) Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИНабережночелнинский филиал г. Набережные Челны, Россия 2) Московский политехнический университет, г.Москва, Россия
В статье рассматривается процесс азотирования. Указаны особенности процесса, влияющие на качество получаемой поверхности. К ним можно отнести конструктивные элементы азотируемой детали, температура и продолжительность технологических режимов процесса нанесения. Рассмотрены мероприятия по повышению эффективности процесса азотирования.
Ключевые слова: азотирование, термическая обработка, твердость.
Азотирование стали является сложным технологическим процессом, позволяющим значительно повысить эксплуатационные характеристики изделия, в первую очередь, путем создания поверхностного слоя повышенной твердости и износостойкости [1]. Однако для получения качественного изделия необходимо четкое соблюдение технологического процесса, который предусматривает несколько операций, в том числе и азотирование.
Проведение предварительной термической обработки, состоящей из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной прочности и вязкости сердцевины изделия [2]. Подобную обработку выполняют над заготовкой до механической обработки с целью получения оптимальной твердости изделия с точки зрения дальнейшей обработки резанием.
Механическая обработка с целью обеспечения наружной конфигурации изготавливаемого изделия. В этот же пункт можно отнести шлифование, обеспечивающее получение окончательных размеров изделия.
Защита конструктивных элементов изделия не подлежащих азотированию путем нанесения специального тонкого покрытия оловом слоем не более 0,015 мм электролитическим способом [3]. В дальнейшем при проведении азотирования нанесенное олово подвергается расплавлению и удерживается на поверхности изделия за счет сил поверхностного натяжения, являясь при этом непроницаемым слоем для азота.
Азотирование поверхности стального изделия. Суть данного процесса заключается в образовании твердых нитридных соединений, обеспечивающих повышенные эксплуатационные свойства [4].
Последним этапом типовой технологии является окончательное шлифование или слесарная доводка изделия. Стоит отметить, что выполнение
данных этапов производится опытными специалистами, так как твердость обрабатываемой поверхности велика, но при этом толщина азотированного слоя достигает не более 0,5 мм [5].
Азотирование изделий, обладающих тонкостенными элементами при сложной наружной конфигурации необходимо производить при температуре 500-520°С. Длительность процесса зависит от величины азотированного слоя. Определена зависимость, согласно которой с повышением температуры процесса уменьшается твердость образуемого слоя и увеличивается его толщина. Объяснением понижения твердости азотированного слоя может быть коагуляция нитридов легирующих элементов. В большинстве случаев толщина азотированного слоя составляет 0,1-0,5мм, при этом температура процесса составляет не более 520°С. Отдельно стоит отметить, что процесс является крайне трудоемким и занимает от 20 до 90 часов, в зависимости от толщины слоя [6].
Возможен двухступенчатый метод обработки, позволяющий уменьшить длительность процесса азотирования [7]. Первый этап выполняется при температуре до 520°С, на втором этапе температура увеличивается, но не более 600°С. Такой двухступенчатый подход позволяет сократить продолжительность процесса при сохранении твердости азотированного слоя. Важным является охлаждение изделия совместно с печью в потоке аммиака. Детали, подвергаемые азотированию, принимают серый цвет.
При нанесении азотированного слоя происходит изменение линейных размеров детали, по причине увеличения объема наружной конфигурации за счет покрытия.
Азотированный слой может быть защитой от коррозионных воздействий, в этом случае температура нанесения составляет 600-700°С. Продолжительность нанесения подобного покрытия составляет от 15 минут до 10 часов в зависимости от габаритов детали. На такой поверхности образуется тонкий слой 8-фазой толщиной 0,03мм, который обладает высокой коррозионной стойкостью.
Азотированный слой испытывает остаточные напряжения сжатия, величина которых достаточно велика. Данный момент обеспечивает повышение предела выносливости и перенос очага усталостного разрушения в объем изделия под покрытием. Предел выносливости гладких изделий становятся на 30-40% больше, в случае с конструктивными элементами в виде концентраторов напряжений увеличивается вдвое. Однако увеличение размеров детали снижает положительный эффект азотирования.
Наибольшее значение предела выносливости достигается при небольшой глубине азотированного слоя и температуре насыщения 500-520°С. Повышение температуры процесса азотирования уменьшает положительный эффект азотирования в виде повышенного предела выносливости. Стоит отметить, что нарушение цельности азотированного слоя приводит к значительному снижению предела выносливости. Дробеструйный наклеп азотированной поверхности повышает предел выносливости.
Список литературы
1. Лахтин, Ю.М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева // М.: Машиностроение, 1972.- 510с.
2. Гавариев, Р.В. О качестве поверхности отливок из Zn-сплавов при литье под давлением // Литейное производство. - 2019. - № 7. - С. 34-36.
3. Гавариев, Р.В. К вопросу литья сплавов цветных металлов в металлические формы // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. - 2018. - Т. 74. - № 2. - С. 56-60.
4. Гавариев, Р.В. Исследование поверхности отливок из сплавов цветных металлов при литье в металлические формы / Р.В. Гавариев, Д.Л. Панкратов // Заготовительные производства в машиностроении. - 2018. - Т. 16. - № 8. - С. 339-343.
5. Аввакумов И.И. Стали для штампов // «Современные проблемы и направления развития металловедения и термической обработки металлов и сплавов» 3-я Международная научно-практическая конференция, посвященная памяти академика А. А. Байко-ва, 15 сентября 2022 г.: материалы конференции. - Курск: Изд-во Юго-Западного гос. ун-та (Курск), 2022. - С 9-13. ISBN: 978D5D907356D18D6
6. Садиков, И. Р. О литье под давлением цинковых сплавов / И. Р. Садиков, Р.В. Гавариев // Научно-методический электронный журнал Концепт. - 2016. - № T15. -С. 1066-1070.
7. Гавариев, Р.В. Повышение эксплуатационной стойкости формообразующих деталей оснастки литья под давлением цинковых сплавов / Р.В. Гавариев, И.О. Леушин // В сборнике: Современные технологии в машиностроении и литейном производстве. материалы I-ой Международной научно-практической конференции. -2015.- С. 86-92.
Kurkin Andrey Yurevich1, student
(kurkinayu@list.ru)
Shakirov Almaz Rinatovich2, student
(shakirov.al@bk.ru)
Supervisor: Gavariev R.V., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
1) Kazan National Research Technical University by A.N.Tupolev-KAI, Naberezhnyye Chelny
2) Moscow Polytechnic University, Moscow, Russia
DEFECTS THAT OCCUR DURING THE HEAT TREATMENT OF STEEL
The article discusses the process of nitriding. The features of the process affecting the quality of the resulting surface are indicated. These include the structural elements of the nitrided part, the temperature and duration of the technological modes of the application process. Measures to improve the efficiency of the nitriding process are considered. Keywords: nitriding, heat treatment, hardness.
