Вакуумные печи азотирования: виды, этапы азотирования, преимущества вакуумного азотирования, применение печей

Азотирование представляет собой процедуру насыщения поверхностного слоя металла или сплава азотом. Может проводиться в универсальных вакуумных печах, которые применяются для проведения всех видов термообработки.

Содержание:

1. Вакуумные печи для азотирования – виды
2. Этапы азотирования в вакуумных печах
3. Преимущества азотирования в вакуумных печах
4. Применение вакуумных печей азотирования

В вакуумной печи можно проводить только азотирование или выполнять комплексную термообработку, совмещая с цементацией и нитроцементацией.

Вакуумные печи для азотирования – виды

Вакуумные печи для азотирования – виды

Азотирование может проводиться в универсальных вакуумных печах следующих видов:

• Муфельная. Главное рабочее пространство печи представлено муфелем. Он может быть съемным или стационарным. Муфель изготавливается из жаропрочных материалов.
• Шахтная. Рабочее пространство такой вакуумной печи вытянуто вверх, может иметь прямоугольное или круглое сечение. Материал для термообработки загружается сверху, а вынимается из печи снизу.
• Камерная. Особенность таких вакуумных печей для азотирования в том, что во время термообработки материал является неподвижным. Такое оборудование состоит из рабочей камеры, горелки, рекуператора.

Все вакуумные печи азотирования оснащаются дополнительными комплектующими. Включают водяное охлаждение, герметично закрывающуюся дверь, вакуумный насос, контроллер, термопары, этажерку для размещения изделий, стол для загрузки-выгрузки деталей.

Этапы азотирования в вакуумных печах

Этапы азотирования в вакуумных печах

Азотирование – это процедура насыщения поверхностного слоя материала азотом. Это необходимо для улучшения исходных характеристик материала.

Подготовительный этап предполагает несколько стадий:

1. Предварительная термообработка материала. Заключается в закалке и отпуске металла. Необходима для повышения вязкости и прочности сердцевины детали. Закалка проводится при высоких температурах – до 950 градусов Цельсия. После этого обрабатываемое вещество охлаждается в масле или воде. Отпуск выполняется при температуре 600-670 градусов Цельсия.
2. Механическая обработка и шлифование. Проводится для придания детали нужной формы. Нельзя проводить азотирование деталей с острыми углами (в области них азотированный слой будет неравномерным) – их рекомендуется срезать и зашлифовать.
3. Защита частей заготовки, которые не нужно подвергать азотированию. Для этого на необходимые детали наносится олово или жидкое стекло толщиной до 0,015 мм. Формируется непроницаемая пленка.
4. Обработка металлической поверхности бензином или щелочным раствором для обезжиривания.

Далее переходят к непосредственному азотированию. Оно выполняется в несколько этапов:

• Подготовленные детали для азотирования раскладываются на этажерку и загружаются в печь. Дверца плотно закрывается. Важно добиться максимальной герметичности, поскольку при проникновении воздуха могут образовываться опасные соединения азота, которые могут взрываться при температуре около 250 градусов Цельсия.
• В рабочую камеру запускается аммиак на протяжении 40-60 минут. За это время процентное содержание воздуха должно снизиться до 5%. Если оно выше, продувку аммиаком продолжают в течение еще некоторого времени. Проверка процентного содержания воздуха выполняется при помощи диссоциометра.
• Далее устанавливается температура азотирования. В зависимости от обрабатываемого материала она может изменяться и находиться в пределах 510-560 градусов Цельсия. Включается нагрев, и температура внутри рабочей камеры постепенно повышается до нужных значений.
• При нагревании аммиак диссоциирует на атомарный азот и водород. Азот проникает в поверхностный слой обрабатываемого материала.
• Изделие выдерживается в печи время, необходимое для процесса азотирования. Затем нагрев печи отключается, и вещество постепенно охлаждается. Чтобы ускорить этот процесс, рабочую камеру печи продолжают продувать сначала аммиаком (температура снижена до 150-200 градусов Цельсия), а затем сжатым воздухом.
• По окончании азотирования крышка печи открывается, и обработанная садка вынимается.

На протекание азотирования оказывают влияние следующие факторы: температура внутри печи, давление, а также время выдержки материала. Также эффективность азотации зависит от степени диссоциации аммиака. Оптимальными значениями считаются 15-45% диссоциации.

Из-за повышения температуры в печи твердость образующегося слоя уменьшается, зато повышается проникновение азота в поверхностный слой. Давление внутри печи должно быть ниже атмосферного.

Чтобы ускорить процесс азотации и сделать его более эффективным, его проводят в два этапа. Сначала изделие нагревают до температуры, не превышающей 525 градусов Цельсия. За счет этого поверхностный слой металла получает большую твердость.

На втором этапе материал прогревают до 600-620 градусов. Глубина слоя азотации достигает необходимых значений, а процесс идет в два раза быстрее. При этом качество обрабатываемого материала не уступает тем изделиям, что прошли обработку по одноступенчатой методике.

Преимущества азотирования в вакуумных печах

Преимущества азотирования в вакуумных печах

Азотирование в вакуумных печах способствует улучшению исходных характеристик материала. Выполнение процесса дает следующие преимущества:

• Повышается износоустойчивость материала, укрепляется поверхностный слой.
• Изделие получает антикоррозионные свойства.
• Размер обрабатываемых изделий остается изначальным.
• Сразу после окончания процесса можно выполнять манипуляции финишной обработки.
• Повышается усталостная прочность материала.
• Температура внутри рабочей камеры быстро прогревается до необходимых значений. Также наблюдается короткий цикл охлаждения. Это позволяет выполнить термообработку за короткий временной промежуток.
• Результаты термообработки повторяются, наблюдается высокий процент получения изделий высокого качества.
• Печи для азотации являются универсальными. Они подходят не только для азотирования, но и для нитроцементации, цементации, отжига и других методов термообработки.

Также оборудование оснащено автоматической системой контроля, не требует проведения сложного технического обслуживания.

Применение вакуумных печей азотирования

Применение вакуумных печей азотирования

Азотирование в вакуумных печах применяется для упрочения низко-, средне- и высокоуглеродистых сталей, низколегированных сталей, титана, алюминия, молибдена и сплавов этих материалов. Печи азотирования применяются в процессе производства шестерен, коленвалов, распредвалов, деталей для пневматического оружия и так далее.