Что такое Slon7.to и чем полезен раздел об азотировании?

Slon7 — справочный проект для технологов и наладчиков термических участков. В разделе Slon7 to собраны рабочие цифры по азотированию: потенциал, диссоциация, режимы по маркам стали и методы контроля слоя.

Сколько длится цикл азотирования?

В ионной камере — от нескольких часов до суток в зависимости от глубины слоя, массы садки и марки стали. Газовый процесс длиннее; ионно-плазменный сокращает цикл в 3–5 раз, для титановых сплавов в 5–10 раз.

Какая термообработка нужна перед азотированием?

Закалка и высокий отпуск, обычно 600–620 °C, минимум на 20 °C выше температуры азотирования. При среднем или низком отпуске сердцевина после азотирования теряет твёрдость.

Как часто менять катализатор в системе газового азотирования?

Катализатор с активным компонентом платиновой группы, стоящий в магистрали аммиака, рекомендуют менять раз в год. Замену выполняет персонал с допуском к газоопасным работам.

Чем правильно мерить твёрдость азотированного слоя?

Методом Виккерса: на стационарном твердомере с нагрузками 5–30 кгс или на микротвердомере вроде ПМТ-3 при 0,1 кгс. Роквелл и Бринелль продавливают тонкий слой и показывают твёрдость сердцевины.

Можно ли азотировать что-то кроме стали?

Да: никелевые и титановые сплавы, а также чугун. У углеродистых сталей и чугуна твёрдость слоя скромная, порядка 250–500 HV, поэтому для ст. 20 и ст. 45 чаще выбирают карбонитрирование — так считают и в Slon7to.

Slon7.to: настройка системы азотирования деталей

Короткий ответ. В газовой печи первая ступень идёт при 500–530 °C и диссоциации аммиака 20–30 %, вторая — при 550–565 °C и 75–80 %. Азотный потенциал держат в коридоре 6–10 %: выше него ε-фаза пересыщается, и слой начинает крошиться.

Чем твёрже слой, тем меньше отпечаток пирамиды.

0,01 мм — белый слой

Что регулирует наладчик системы азотирования: азотный потенциал и диссоциацию аммиака

Что на самом деле происходит в муфеле?: Выше 400 °C аммиак распадается: NH₃ → N + 3H. Атомарный азот уходит вглубь и связывается с Cr, Al, Mo, V в нитриды; лучше всех отвечают стали с 0,85–1,5 % Al.
Почему нельзя просто прибавить аммиака?: Без регулирования потенциал уходит к 30 %, сразу растёт ε-фаза, а через неё азот идёт в 60 раз медленнее, через γ′ — в 25. Корка толстая, глубины нет.
Чем контролировать азотный потенциал?: По степени диссоциации: стеклянный диссоциометр для периодических замеров, кислородный датчик — для постоянных. В системе Slon7 to это два обязательных прибора.
Как опустить потенциал до рабочего коридора?: Катализатором платиновой группы в магистрали аммиака (замена раз в год) или разбавлением: азот, CO₂, эндогаз, воздух не больше 2 % подачи.

Фазы азотированного слоя и где начинается охрупчивание

αазотистый феррит, растворяет не больше 0,11 % N
γ′ Fe₄Nпромежуточный нитрид, резко тормозит диффузию
ε Fe₂₋₃Nсуществует в широком интервале 4,55–11 % N
10–11 % Nε-фаза пересыщена, слой хрупкий и мягче

0,10 мм — верх диффузионной зоны

Режимы азотирования по маркам стали: глубина и твёрдость слоя

Выше температура — толще слой, но ниже твёрдость и больше коробление.

Глубина для газового процесса; у ионного предел 0,7 мм.
Материал	Глубина слоя	Твёрдость поверхности	На что смотреть при наладке
38Х2МЮА, 35Х1М2ФА	до 0,6 мм	850–1200 HV	алюминий даёт самый твёрдый нитрид, но диффузия медленнее
40Х и низколегированные	до 1 мм	ниже, чем у Cr-Al-Mo сталей	глубину набрать можно, пика твёрдости не будет
12Х18Н10 и нержавеющие	до 0,2 мм	до 1300 HV	оксидную плёнку снимают травлением, иначе пятнистая твёрдость
Ст. 20, ст. 45	—	250–500 HV	хрупкая корка при слабой зоне; разумнее карбонитрирование
Титановые и никелевые сплавы	по техкарте	—	ионный цикл для титана короче газового в 5–10 раз

Разбор: вал из 38Х2МЮА под слой 0,5 мм

Улучшениезакалка и отпуск 600–620 °C, минимум на 20 °C выше азотирования
Мехобработкаприпуск на рост: около 20 % слоя, то есть ≈0,1 мм на сторону
Подготовкаобезжиривание; резьбы закрыть лужением или обмазкой типа CERA1400
Ступень 1520 °C, диссоциация 20–30 %: набор твёрдости поверхности
Ступень 2550–565 °C, 75–80 % через внешний диссоциатор: добор глубины
Выгрузкапродувка азотом, контроль на образце-свидетеле из той же плавки

0,30 мм — середина диффузионной зоны

Подбор схемы азотирования: три вопроса о детали

Материал детали 38Х2МЮА, 40Х, 30Х3МФ1 12Х18Н10 и нержавеющие Ст. 20, ст. 45

Геометрия Открытые поверхности Глухие отверстия меньше 6 мм или глубже 5 d Крупная садка

Что важнее узлу Максимальная твёрдость поверхности Глубина слоя и короче цикл Коррозионная стойкость

Подборщик Slon7to даёт ориентир для разговора с технологом, а не техкарту.

0,60 мм — граница слоя по твёрдости

Границы ионного азотирования

Глубина диффузионного слоя≤ 0,7 мм
Глухие отверстияØ ≥ 6 мм, ≤ 5 d
Сквозные отверстия Ø 6–12 мм≤ 10 d
Рабочий интервал процесса400–600 °C
Типичный нагрев деталей520–580 °C
Рост размеров при верной подготовке0,01–0,02 мм

Заблуждения при наладке азотирования

Твёрдость слоя проверю по Роквеллу

150 кгс продавливают слой — прибор покажет сердцевину. Нужен Виккерс или ПМТ-3.

Отпуск после азотирования снимет лишнюю твёрдость

Слой держит твёрдость до температуры азотирования: ниже не поможет, выше посадит сердцевину. Править надо потенциал.

Отслоился слой на пресс-форме — виновата печь

Трещины на матрице из 4Х5МФ1С через пару тысяч циклов — сперва проверяют толщину белого слоя и температуру отпуска.

Контроль азотированного слоя на образце-свидетеле

HV 0,5нагрузка по ГОСТ 2999-75

30 мкмшаг отпечатков

≥ 5 ммотступ шлифа от торца образца

×80увеличение для оценки по микроструктуре

> 2 % Crнапильник скользит, стекло царапается

1,00 мм — сердцевина

Вопросы о Slon7 и настройке азотирования

Смежные процессы химико-термической обработки

Карбонитрированиеазот плюс углерод, для ст. 20 и ст. 45
Ионное оксидированиеаналог воронения, против коррозии
Цементацияглубже слой, но больше коробление
Жидкостное азотированиесолевые ванны: равномерно, но токсично