- 09 марта 2009 Поделиться новостью:
9 марта 2009 г. Рекомендуемые режимы и новые способы ионного азотирования
Авторы: В. В. Богданов, А. В. Оборин
ООО «Процион», ООО «Ионные технологии»
тел.: 8 908 271-61-41, т.\ф.: (342) 224-14-44
Полный текст статьи опубликован:
- Ионное азотирование сталей. Сборник термическая и ХТО сталей и титановых сплавов. Пермь. 1989. С. 137-140;
- В монографии «Ионная ХТО сплавов». Москва. 1999;
- В энциклопедическом справочнике термиста-технолога. Москва. 2004. Том 3.
Ионное азотирование является прогрессивным процессом химико-термической обработки и эффективно используется во всех отраслях промышленности.
1. С целью оптимизации технологии разработаны диаграммы рекомендуемых режимов ионного азотирования для широкой номенклатуры конструкционных и инструментальных сталей (рис. 1).
В зависимости от марки сталей и параметров азотирования диаграмма включает пять областей режимов обработки для формирования азотированных покрытий глубиной 0,1...0,25; 0,2...0,4; 0,4..0,6 и >0,6 мм с регламентированной толщиной поверхностной нитридной зоны в пределах 3...20 мкм. Для всех областей азотирования сталей определены интервалы поверхностной твёрдости, структурно-фазовый состав слоя и даны рекомендации их использования для конкретных изделий (таблица 1).
Разработанные диаграммы позволяют конструкторам и технологам научно обоснованно проектировать рациональные режимы азотирования с учётом требований чертежа и условий эксплуатации конкретных изделий, а также прогнозировать параметры упрочнения и качество для различной номенклатуры существующих и новых сталей.
Рис. 1. Диаграмма рекомендуемых режимов ионного азотирования конструкционных сталей (1 – h=0,1-0,15 мм; 2 – h=0,2-0,25 мм; 3 – h=0,4-0,5 мм; 4 – h≥0,6 мм)
Таблица 1. Поверхностная твёрдость сталей после ионного азотирования (HV5 в гПа или × 100 кгс/мм²)
2. Предложены высокопроизводительные (до 0,2 м²/3 мин.) и дешёвые способы местной защиты от азотирования для любых материалов, которые изолируют требуемые поверхности детали от воздействия азотной плазмы тлеющего разряда.
Предложенные составы не токсичны и после приготовления могут практически храниться неограниченное время в готовом к употреблению состоянии.
Местное изолирование поверхности детали проводится простыми и доступными методами: контактным, орошением, погружением.
Расход водного раствора 30—50 г/м² стоимость 80—100 руб./л; расход масляных суспензий - 50—100 г/м² стоимость 1 кг — 800 руб.
Достигнуто: исключение трудоёмких гальванических процессов, специальной экранированной оснастки, экономия дефицитных материалов, универсальность и безотходность процессов, надежное качество защиты и отсутствие наводороживания, возможность нанесения защитных покрытий на любые детали в условиях механических цехов и полная безвредность, конкурентоспособность выше уровня зарубежных аналогов.
3. Предложены специально ориентированные (прерывистые, точечные) упрочнённые слои на отдельные части деталей, имеющие высокую трещиностойкость при жестком контактном нагружении.
Различные виды прерывистых покрытий (коэффициент заполнения Кs ПАП = 0,2-0,8) апробированы и внедрены на ответственных изделиях, испытывающие жёсткие триботехнические и ударные нагрузки.
Применение таких видов покрытий, представляющих собой сочетание равномерно распределённых макро участков азотированной и не азотированной стали, обеспечивает триботехнические свойства с одновременным сочетанием высокой вязкости и релаксационной способности упрочнённых слоёв при эксплуатационных нагружениях.
Технология и способы получения прерывистых покрытий могут быть получены по запросу.
4. Разработаны новые способы азотирования: неизотермическое, ионно-вакуумное и комбинированное, включающее операции ионного азотирования с последующим оксидированием.
Неизотермическое и ионно-вакуумное азотирование позволяет формировать высококачественные упрочнённые слои 5-200 мкм с умеренным развитием нитридной зоны и диффузионного подслоя. При этом достигается возможность азотирования мелкогабаритных деталей и тонколезвийного инструмента.
Комбинированное азотирование предусматривает после насыщения деталей в плазме тлеющего разряда химическую обработку в растворе щёлочи и азотистокислого натрия при 120-140°С с добавлением в раствор тринатрийфосфата 40-60 г/л. После такой обработки на поверхности азотированного слоя образуется тонкая протекторная плёнка, состоящая из окислов, фосфатов и легирующих элементов стали. Наличие такой плёнки на азотированном слое увеличивает коррозионную стойкость сталей в 1,5-3 раза. Детали, подвергнутые данной обработке, могут быть использованы для эксплуатации в морских и тропических условиях.
Другим способом является совмещение стадий ионно-вакуумного и газового оксидирования деталей в рабочей камере установки ЙОН-И.
Низкотемпературные кратковременные режимы азотирования, новые способы местной защиты внедрены в производство на 6-ти предприятиях с экономическим эффектом более 18 млн. руб. за счёт сокращения затрат и повышения качества выпускаемых изделий. Все приоритетные решения и ионные технологии упрочнения запатентованы, выпущена руководящая и нормативно-техническая документация для серийного производства.
