СПОСОБ АЗОТИРОВАНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ СТАЛИ Российский патент 1994 года по МПК C23C8/26 

Изобретение относится к способу азотирования заготовок из стали в содержащей атомарный азот газовой атмосфере при температурах выше 425^оС и давлениях свыше 0,2 МПа. Азотированные слои образуют согласно современному уровню техники на заготовках из стальных сплавов в соляной ванне газовым или плазменным азотированием. Такие азотированные слои улучшают коррозионную стойкость, повышают прочность при истирании, а также предел усталости сталей. Они состоят из толщиной в несколько микрометров так называемого соединительного слоя на азотном диффузионном слое, которые образуются при осуществлении вышеназванных способов при проведении процессов в течение 100 ч.

В последние годы приняло большое распространение газовое азотирование, при котором изделия из стали нагревают в атмосфере из отдающих азот газов, преимущественно в атмосфере аммиака.

Из патента США N 2779697 известен способ азотирования сталей в газообразном аммиаке под давлением. При этом способе напорный резервуар заполняют определенным количеством аммиака и нагревают до температур между 425 и 640^оС (от 800 до 1200F), в результате чего давление аммиака возрастает в напорном резервуаре на несколько бар. При таком процессе азотированные слои получают толщиной от 20 до 40 μ м в течение около 15 ч в зависимости от количества аммиака, давления и температуры.

Такой способ практически не смог получить распространения.

Целью изобретения является создание способа азотирования заготовок из стали в содержащей атомарный азот газовой атмосфере при температуре свыше 425^оС и давлениях свыше 0,2 МПа, при котором можно получать в течение короткого времени свободный от пор соединительный слой толщиной до 50 μ м как на нелегированных, так и на легированных сталях без особой предварительной обработки.

Эту задачу согласно изобретению решают тем, что газовая атмосфера состоит из 5 до 95 мас.% аммиака и 95 до 5 мас.% молекулярного азота, азотирование проводят при постоянном давлении.

В качестве отдающего азот газа применяют аммиак, который при повышенных температурах распадается на водород и азот. Применение чистого аммиака (без примешивания молекулярного азота) приводит к получению соединительных слоев явно ухудшенного качества. Таким образом, в течение от 4 до 5 ч получают азотированные слои толщиной до 50 μ м.

Эти соединительные слои почти непористые. Отношение γ'-фазы к ε-фазе устанавливают при помощи параметров способа и оно составляет в самом благоприятном случае 100% γ'-фазы. Аустенитные и высокохромистые стали можно азотировать без какой-либо предварительной химической обработки. Этот способ можно использовать для азотирования заготовок любой геометрической формы и в любом количестве. Количество обрабатываемых заготовок может ограничиваться только размером используемой для этой цели печи. Камерную печь можно нагревать при абсолютном давлении, равном от 0,2 до 10 МПа, до температуры 1200^оС. Параметры обработки, то есть температуру, время, абсолютное давление, парциальное давление отдающего азот газа, можно устанавливать таким образом, что для каждого материала создаются оптимальные условия обработки. При этом благоприятными оказывались температуры азотирования, равные от 500 до 900^оС. Кроме того, важно также, чтобы в процессе азотирования в течение всего времени азотирования поддерживалось постоянное давление. Колебания давления ухудшают хорошие свойства и непродуцируемость соединительных слоев. Время обработки зависит от сорта стали и необходимой толщины слоя.

П р и м е р 1. Сталь с составом С 45 азотируют в напорной камерной печи при 700^оС газовой смесью, состоящей из 30 мас.% аммиака и 70 мас.% азота, при избыточном давлении, равном 2 МПа. После часа обработки образовался соединительный слой толщиной 40 μ м, у которого почти отсутствовали поры.

П р и м е р 2. У быстрорежущих сталей диффузионную зону толщиной 100 μ м получают при температуре 580^оС в газовой атмосфере, состоящей из 80 мас.% аммиака и 20 мас.% азота, при давлении, равном 1 МПа, за четыре часа обработки.

П р и м е р 3. На стали с составом 16 МпCr 5 получают почти беспористый соединительный слой толщиной 50 μ м при температуре 550^оС в газовой атмосфере, состоящей из 70 мас.% аммиака и 30 мас.% азота, при давлении, равном 8 МПа, в течение двух часов.

Сущность изобретения: заготовки из стали подвергают азотированию при постоянном давлении выше 0,2 МПа и температуре выше 425°С в газовой атмосфере, содержащей, мас.%: аммиак 5 - 95; азот 5 - 95.

СПОСОБ АЗОТИРОВАНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ СТАЛИ, включающий обработку в атмосфере аммиака при повышенном давлении при температуре выше 425^oС, отличающийся тем, что процесс проводят при постоянном давлении выше 0,2 МПа, причем атмосфера дополнительно содержит молекулярный азот при следующем соотношении компонентов, об.%:
Аммиак 5 - 95
Молекулярный азот 5 - 95