Азотирование — это процесс термической обработки, который рассеивает азот внутри стали, увеличивая твердость поверхности, износостойкость (как абразивную, так и адгезионную), коррозионную стойкость и улучшая усталостную долговечность инструментов и деталей. Но в чем разница между различными методами азотирования, и в чем разница между азотированием и цементацией?

Ионно-плазменное азотирование от «Йонитех»

Процесс ионно-плазменного азотирования происходит в вакууме. После вакуумирования вакуумной печи вводится рабочий газ. Между рабочей нагрузкой (катодом) и стенками печи (анодом) подается электрическое напряжение. Газ частично ионизируется, и ионы азота и водорода начинают бомбардировать поверхность, создавая эффект распыления (атомная очистка), а также нагревают детали. Формирование слоя соединения (белый слой) и диффузия азота начинают формироваться, когда детали достигают необходимых температур.

  • ion/plasma nitriding 2
  • ion/plasma nitriding 3
  • ion/plasma nitriding 1

Газовое азотирование

Печь представляет собой либо вакуумную, либо атмосферную печь. Она заполнена рабочими газами и нагревается нагревателями. Тепло растворяет аммиачный газ в азоте и водороде, создавая необходимую атмосферу. Азот диффундирует в сталь и образует белый слой сверху и диффузионную зону снизу.

Сравнение ионно-плазменного и газового азотирования

Ионно-плазменное азотирование

Газовое азотирование

Диапазон температур процесса

300 – 700 C

500 – 600 C

Диапазон времени процесса

от 1 минуты до 100 часов (чаще всего время обработки: 6 – 12 часов)

от 5 до 100 часов

Технологические газы

N2; H2; Ar (особые случаи); NH3*;

N2; H2; NH3;

Достигнутая твердость поверхности

В зависимости от марки стали: 400 – 1300 HV

В зависимости от марки стали: 400 – 1300 HV

Зона соединения (белый слой)

Чаще всего это гамма-штрих-фаза (γ’), но ее можно лучше контролировать, чтобы сформировать эпсилон-фазу (ε) или не иметь белого слоя.

Обычно состоит из смеси фаз эпсилон (ε) и гамма-штрих (γ'). Фаза эпсилон больше.

Диффузионный слой

В зависимости от марки стали: 0.02 – 0.8 mm

В зависимости от марки стали: 0.02 – 0.8 mm

Возможность пост-окисления

да

да

Преимущества

  • Очень низкое потребление газов (на 90 % ниже по сравнению с газовым азотированием**)
  • Очистка распылением (очистка на атомном уровне)
  • Азотирование нержавеющих сталей без предварительной депассивации
  • Азотирование нержавеющих сталей при более низкой температуре для сохранения коррозионной стойкости
  • Лучший контроль над образованием зоны соединения (белый слой)
  • Возможность механической маскировки поверхностей для предотвращения азотирования
  • Низкое потребление энергии
  • Низкий выброс отходящих газов
  • Экологически чистый, без токсичных побочных продуктов
  • Требуется меньшая точность при размещении деталей в камере

Disadvantages

  • Расположение деталей в камере с необходимой точностью
  • В некоторых случаях газовое азотирование требует механического удаления белого слоя из-за риска возникновения усталостных трещин (шлифовка после процесса)
  • Реторта газовой печи азотируется через некоторое время
  • Высокий расход газов (на 90 % ниже по сравнению с газовым азотированием**)
  • Предварительная депассивация необходима для азотирования нержавеющих марок стали
  • Более высокое потребление энергии
  • Более высокий выброс отходящих газов

* Газообразный аммиак (NH3) может использоваться при ионно-плазменном азотировании вместо газов N2 и H2. Но в отличие от газового азотирования, аммиака используется на 90% меньше, и он диссоциирует в процессе. Выбросы в воздух минимальны и не опасны для окружающей среды и рабочих. (Измерения проводились на предприятии «Йонитех»).

** Исследование случая Т. Белла.

Азотирование в соляной ванне

Детали погружаются в цианидную (CN) и цианатную (CNO) солевую ванну. Рабочая температура процесса составляет около 550–600 °C, и соли разлагаются, высвобождая атомы азота и углерода, которые диффундируют в сталь, создавая белый слой сверху и диффузионную зону снизу.

Сравнение ионно-плазменного азотирования и азотирования в соляной ванне

Ионно-плазменное азотирование

Азотирование в соляной ванне

Диапазон температур процесса

300 – 700 C

550 – 600 C

Диапазон времени процесса

от 1 минуты до 100 часов (чаще всего время обработки: 6 – 12 часов)

1 – 4 часа

Технологические газы

N2; H2; Ar (особые случаи); NH3*;

соли цианида/цианата

Достигнутая твердость поверхности

В зависимости от марки стали: 400 – 1300 HV

В зависимости от марки стали: 400 – 1300 HV

Зона соединения (белый слой)

Чаще всего это гамма-штрих-фаза (γ’), но ее можно лучше контролировать, чтобы сформировать эпсилон-фазу (ε) или не иметь белого слоя.

Обычно состоит из смеси фаз эпсилон (ε) и гамма-штрих (γ'). Практически нет контроля над образованием.

Диффузионный слой

В зависимости от марки стали: 0.02 – 0.8 mm

В зависимости от марки стали: 0.1 – 0.5 mm

Возможность пост-окисления

да

да (отдельная ванна)

Преимущества

  • Лучший контроль над процессом
  • Низкотемпературная обработка нержавеющих сталей для сохранения их коррозионной стойкости
  • Ионное азотирование можно точно контролировать и обрабатывать определенные области детали, избегая поверхностей, которые не нужно закаливать.
  • Экологичный и безопасный процесс
  • Более быстрое время обработки.

Недостатки

  • Высокотоксично и опасно
  • Утилизация солей в соответствии с правилами.
  • Отсутствие возможности маскировки поверхностей, которые не должны быть азотированы

* Газообразный аммиак (NH3) может использоваться при ионно-плазменном азотировании вместо газов N2 и H2. Но в отличие от газового азотирования, аммиака используется на 90% меньше, и он диссоциирует в процессе. Выбросы в воздух минимальны и не опасны для окружающей среды и рабочих. (Измерения проводились на предприятии «Йонитех»).

Цементация

Подобно азотированию, цементация является процессом диффузионной термообработки, но вместо азота в сталь диффундирует углерод. Процесс выполняется при высоких температурах в аустенитной фазе стали, что позволяет добиться высокой твердости и большой глубины слоя. Главным недостатком является то, что он требует последующей термообработки для отпуска стали из-за фазового перехода — процесс цементации происходит в температурной зоне аустенитной фазы. Также необходимы последующая шлифовка и механическая обработка, поскольку высокие температуры приводят к деформации деталей.

Сравнение ионно-плазменного азотирования и цементации

Ионно-плазменное азотирование

Цементация

Диапазон температур процесса

300 – 700 C

850 – 950 C

Диапазон времени процесса

от 1 минуты до 100 часов (чаще всего время обработки: 6 – 12 часов)

4 - 10 часа

Технологические газы

N2; H2; Ar (особые случаи); NH3*;

CO, CH4;

Достигнутая твердость поверхности

В зависимости от марки стали: 400 – 1300 HV

750 - 850 HV

Зона соединения (белый слой)

Чаще всего это гамма-штрих-фаза (γ’), но ее можно лучше контролировать, чтобы сформировать эпсилон-фазу (ε) или не иметь белого слоя.

Нет белого слоя

Диффузионный слой

В зависимости от марки стали: 0.02 – 0.8 mm

В зависимости от марки стали: 0.2 – 1.5 mm

Возможность пост-окисления

да

не

Преимущества

  • Не требуется никаких процессов после азотирования — азотированные детали готовы к использованию сразу после извлечения из камеры.
  • Низкая температура позволяет азотировать точные детали.
  • Образующийся белый слой обеспечивает лучшую износостойкость и коррозионную стойкость.
  • Возможность маскировки поверхностей, которые не должны азотироваться.
  • Экологичный и безопасный процесс
  • Обеспечивает большую глубину корпуса.

Недостатки

  • Хотя это создает более высокую твердость для некоторых марок стали, по сравнению с результатами азотирования, адгезионная износостойкость хуже из-за отсутствия белого слоя, который снижает коэффициент трения
  • Это обработка, ограниченная углеродистыми сталями и некоторыми легированными сталями
  • После цементации необходима термообработка из-за фазового перехода материала во время цементации при таких высоких температурах
  • Высокие температуры могут деформировать детали и инструменты и потребуют шлифования и обработки после цементации

* Газообразный аммиак (NH3) может использоваться при ионно-плазменном азотировании вместо газов N2 и H2. Но в отличие от газового азотирования, аммиака используется на 90% меньше, и он диссоциирует в процессе. Выбросы в воздух минимальны и не опасны для окружающей среды и рабочих. (Измерения проводились на предприятии «Йонитех»).

«Йонитех» ООД

«Йонитех» ООД – частная компания по производству оборудования для ионно-плазменного азотирования, основанная в 2003 г. Однако, свою деятельность, изыскания и развитие она начала за много лет до этого, ежедневно развиваясь.

Change Language

  Русский (Россия)

Что мы предлагаем:

Ионно-плазменное азотирование в различных отраслях промышленности:

Change Language

  Русский (Россия)