Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выбор материала, маршрутной технологии

и термической обработки штока-поршня

Введение

Машиностроительная отрасль является основной технологической базой определяющей развитие всей промышленности любой страны. Поэтому темпы роста машиностроения должны значительно превышать аналогичные показатели других отраслей народного хозяйства. В настоящее время машиностроение сильно отстает от научно-технического прогресса, в связи со сложностью выпускаемого технологического оборудования и его стоимостью.

Получение, разработка новых материалов и способы их обработки являются основой современного производства и во многом определяют научно-технический уровень развития и экономический потенциал страны. Проектирование рациональных, конкурентоспособных изделий, организация их производства невозможны без достаточного уровня знаний в области материаловедения. Следовательно, грамотное и экономное расходование материалов позволяет существенно сократить стоимость изделий.

Для того чтобы правильно использовать разнообразные материалы, надо знать их свойства и назначение.

В данный момент перед машиностроением стоит огромное число сложных и важных задач, таких как: планирование и разработка перспективных технологий; создание высокопроизводительных энерго- и материалосберегающих технологий; повышение качества и технического уровня продукции, замена дорогостоящих материалов более дешевыми, которые обладают сходными свойствами.

Один из самых значимых факторов технического прогресса являются коренные преобразования в любой сфере производства, это возможно лишь в результате создания более совершенных материалов и разработки принципиально новых технологий.

Обзор литературы

SU 1502656 А1

(51) 4 С 23 С 8/26

(21) 4140012/23-02

(22) 28.10.86

(46) 23.08.89. Бюл. № 31

(72) А.Г.Гончаров, В.А.Богачева, В.А.Тедельков, Л.Т.Филлипова, Р.М.Сила и О.В.Гузь.

(53) 621.785.51.06(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР Р 663767, кл. С 23 С 8/26, 1976.

(54) СПОСОБ ГАЗОВОГО АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

(57) Изобретение относится к способу газового азотирования стальных изделий и мохет быть использовано в машиностроении. Целью изобретения является интенсификация процесса и снижение расхода газа. Подачу газа на каждой стадии ведут циклически, причем подачу газа в начале каждого цикла ведут 3-4 ч при степени его диссоциации 63-67%, затем прекращают подачу газа и осуществляют выдержку 1-2 ч без подачи газа при степени диссоциации 100%, при этом число циклов на второй стадии повторяют 4-8 раз. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения:

1. Способ газового азотирования стальных изделий, включающий выдержку в две стадии в диссоциированном аммиаке, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса и снижения расхода газа, подачу газа на каждой стадии ведут циклически, причем подачу газа в начале каждого цикла ведут в течение 3-4 ч при степени его диссоциации 63-67% затем подачу газа прекращают и осуществляют выдержку 1-2 ч без подачи газа при степени диссоциации 100%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что число циклов подачи газа на второй стадии повторяют 4-8 раз.

SU 1217925 А

(51) 4 С 23 С 8/26

(21) 3778553/22-02

(22) 07.08.84

(46) 15.03.86. Бюл. № 10

(46) Московский ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожный институт

(72) Ю.М.Лахтин, Я.Д.Коган, Г.А.Солодкин и Ю.А.Коновалов.

(53) 621.785.51.532(088.8)

(56) Лахтин Ю.M., Коган Я.Д. Азотирование стали. - М. : Машиностроение, 1976, с. 256.

Белоручев Л.Б. и др. Азотирование разбавленным аммиаком -ЛДНТП, 1966, е.40.

(54) (57) СПОСОБ ГАЗОВОГО АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, включающий подачу аммиака в печь, нагрев до 480-650⁰С, выдержку в течение 4 - 96 ч и откачку в процессе выдержки с поддержанием степени диссоциации аммиака 25 - 75%, последующее охлаждение и выгрузку деталей, отличающийся тем, что, с целью сокращения расхода аммиака за счет более полного его использования при сохранении физико-механических характеристик изделий, при откачке диссоциированный аммиак разделяют на азотно-водородную смесь и аммиак, последний затем возвращают в печь, при этом для поддержания степени диссоциации аммиака к нему добавляют 25 - 75% свежего аммиака от общего его количества, подаваемого в печь.

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин.

Цель изобретения - сокращение расхода аммиака за счет более полного использования при сохранении физико-механических характеристик изделий.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в способе газового азотирования стальных деталей, включающем подачу аммиака, нагрев до 480-650°С, выдержку в течение 4-96 ч и откачку в процессе выдержки с поддержанием степени диссоциации аммиака 25-75% последующее охлаждение и выгрузку деталей, при откачке диссоциированный аммиак разделяют на азотно-водородную смесь и аммиак, последний затем возвращают в печь, при этом для поддержания степени диссоциации аммиака к ней добавляют 25-75%, последующее охлаждение и выгрузку деталей, при откачке диссоциированный аммиак разделяют на азотно-водородную смесь и аммиак, последний затем возвращают в печь, при этом для поддержания степени диссоциации аммиака к нему добавляют 25-75% свежего аммиака от общего его количества, подаваемого в печь.

При предлагаемом способе достигается полное использование не прореагировавшего аммиака путем организации его постоянного циклирования через печь азотирования. Азотно-водородная смесь состава 75% Н₂+25%Н являющаяся продуктом диссоциации аммиака в печи, после разделения диссоциированного аммиака выводится из системы путем сжигания в свече.

Разделение не прореагировавшего аммиака и азотно-водородной смеси проводится вымораживанием аммиака при температуре ниже -33,6°С. В этих условиях происходит ожижение аммиака, в то время как азот и водород остаются в газообразном состоянии. В результате этого происходит сепарация газовой смеси с выхода печи, при этом жидкий аммиак направляется в испаритель, после чего подается в печь азотирования.

Для осуществления стабильного протекания процесса азотирования необходимо поддержание постоянной степени диссоциации аммиака в печи, что достигается поддержанием постоянного расхода газа, подаваемого в печь. В связи с тем, что на выходе из печи количество аммиака меньше, чем на входе, на величину, соответствующую количеству распавшегося газа, в предлагаемом способе предусмотрено к аммиаку, получаемому при разделении частично диссоциированного аммиака, перед его возвратом в печь добавлять дополнительное количество аммиака, составляющее 25-75% от общего количества, подаваемого в печь. При этом общее количество газа на входе в печь будет поддерживаться постоянным.

Величина добавки 25% соответствует степени диссоциации аммиака в печи, равной 25%. Аналогично, при степени диссоциации аммиака 75% необходимо к возвращаемому в печь аммиаку добавлять 75% газа от общего количества, подаваемого в печь.

UA 63105 (13) М

(51) 7 С23С8/28, С23С8/16

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ГАЗОВЫХ СРЕДАХ

(21) 20021210485

(22) 24.12.2002 (24) 15.01.2004

(46) 15.01.2004, Бюл. № 1, 2004 г. (72) Буравлев Юрий Матвеевич, Милославский Александр Григорьевич, Иваницин Николай Петрович, Демянюка Оксана Олеговна, Ткаченко Николай Степанович.

(73) ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(57) Способ обработки стальных изделий в газовых средах, включает предварительное окисление поверхности в течение 10 мин. и последующее азотирования при температуре 550-600°С, отличающийся тем, что предыдущее оксидирование ведут в потоке воздуха.

Изобретение относится к металлургии, конкретно к способу ускорения химико-термической обработки (ХТО) сталей, и может быть применен при кратковременном азотировании стальных изделий. Известен способ ХТО металлических изделий, включающий предварительное нанесение на поверхность изделий слоя оксидов металла и насыщения их поверхности азотом в газовой среде при температуре 500-800°С / 1 /.

Недостатком этого способа является необходимость предварительного приготовления оксидов металла и смеси оксида железа или смеси железа с оксидами алюминия или калия, ухудшение экологии, дестабилизации печной атмосферы и, как следствие, сокращение срока службы нагревательных и других элементов печного оборудования. Указанный процесс не обеспечивает коррозионную стойкость образца и не может быть применено в массовом производстве.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению, избранным в качестве прототипа, является способ азотирования стальных изделий после предварительного окисления. Предварительное окисление образцов делали в интервале температур 550-620°С в течение 5-10 мин. в атмосфере паров воды непосредственно перед азотированием. Глубину упрочненного слоя на образцах с предварительно окисленной поверхностью получают больше, чем на образцах с неокисленных поверхностью.

Недостатком этого способа является недостаточная толщина получаемого слоя, его прочностные характеристики.

В основу изобретения поставлена ??задача создания способа обработки стальных изделий в газовых средах перед кратковременной ХТО, который бы обеспечивал получение диффузионного слоя большей толщины с повышением его твердости.

Поставленная задача решается тем, что в способе обработки сталей в газовых средах, включает предварительное окисление поверхности в течение 10 минут и последующую химико-термическую обработку при температуре 550-600⁰С, предыдущее оксидирование ведут в потоке воздуха.

Выбор указанной атмосферы позволяет увеличить толщину диффузионного слоя в 1,5-2 раза для стальных изделий при принятых условиях.

RU (11) 2208659 (13) C1

(51) МПК 7 C23C8/24, C23C8/30

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(21), (22) Заявка: 2002106855/02, 19.03.2002

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

19.03.2002

(45) Опубликовано: 20.07.2003

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: US 4671496, 09.06.1987. US 4569862, 11.02.1986. RU 2062256 С1, 20.06.1996. RU 2132403 С1, 27.06.1999. RU 2005808 С1, 15.01.1994. SU 560005, 30.05.1977. RU 2007497 С1, 15.02.1994.

Адрес для переписки: 117218, Москва, ул. Кржижановского, 20/30, корп. 5, офис 211, "ЮНИТЕКЦ УНИПАТУС", пат.пов. А.А. Минаеву, рег.№ 461

(71) Заявитель(и): Общество с ограниченной ответственностью "ПКТФ"

(72) Автор(ы): Бобок А.Н., Шавелкин А.Д., Павлова А.В., Гвоздев Е.А., Трошин Р.Н., Сайгушев О.Б.

(73) Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "ПКТФ"

(54) СПОСОБ ГАЗОВОГО АЗОТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технологии и оборудованию для газового азотирования в кипящем слое катализатора для низкотемпературной и высокотемпературной упрочняющей обработки поверхностей сталей и сплавов. Задачей изобретения является получение упрочненной поверхности на металлах и сплавах. Предложенный способ включает помещение обрабатываемого изделия в нагреваемый тигель, подачу азотосодержащего газа через газораспределительное устройство, расположенное в донной части тигля, и создание кипящего слоя вокруг обрабатываемого изделия, отвод отходящих газов через канал в крышке тигля и последующее дожигание отходящих газов. В тигель помещают катализатор, а регулирование глубины слоя азотирования осуществляют, изменяя избыточное давление азотсодержащего газа путем диафрагмирования канала в крышке тигля.

Температуру азотирования изделий из различных сплавов поддерживают с помощью автоматического управления в пределах 450-1200^oС. Техническим результатом изобретения является создание усовершенствованного экологически чистого способа низкотемпературного и высокотемпературного упрочнения поверхности металлических материалов посредством создания усовершенствованной установки для азотирования. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Общие сведения о штоке-поршне

В данной работе будет рассмотрена деталь шток-поршень. Поршень - это деталь, предназначенная для циклического восприятия давления расширяющихся газов и преобразования его в возвратно-поступательное механическое движение, воспринимаемое далее кривошипно-шатунным механизмом. Служит также для выполнения вспомогательных тактов по очистке и наполнению цилиндра. В поршневых компрессорах для воздуха, фреона или другого газа его роль прямо противоположная - приводимый в движение кривошипно-шатунным механизмом, поршень сжимает газ, поступивший в камеру на этапе впуска газа.[1]

Также можно сказать, что поршень - подвижная деталь компрессора, плотно перекрывающая поперечное сечение цилиндра и совершающая возвратно-поступательное движение в направлении его оси. Под действием поршня перекачиваемому газу сообщается избыточное давление.

Шток - служит для предачи движения поршню от вала компрессора. При этом вращательное движение вала преобразовывается в возвратно-поступательное, совершаемое поршнем.

Шток - стержень круглого сечения, соединяющий поршень с ползуном (крейцкопфом) в поршневых машинах (насосах, компрессорах, паровых двигателях, некоторых двигателях внутреннего сгорания и т.д.) или в гидравлических и пневматических механизмах привода поступательного движения. Шток применяется, когда используются обе полости цилиндра (по ту и другую сторону поршня). При использовании одной полости цилиндра в поршневой машине шток обычно отсутствует и шатун присоединяется непосредственно к поршню. Непроходящий, или односторонний, шток располагается по одну сторону поршня и пропускается через одну крышку цилиндра, проходящий шток пропускается через обе крышки цилиндра с целью лучшего направления тяжёлого поршня (в паровых машинах) или присоединения второго цилиндра (в компрессорах). В гидроприводах поступательного движения цилиндр иногда крепится к подвижной части машины (столу станка), а шток - к станине. Тогда через шток подводится масло в полости цилиндра.

Диаметр штока обычно определяется его прочностью, жёсткостью и устойчивостью, но в гидроприводе поступательного движения - иногда требуемым соотношением скоростей прямого и обратного хода при постоянной подаче насоса.

Штоки изготовляют из сталей 35, 40, 38XА или легированных с более высокими механическими свойствами. Штоки, подлежащие азотированию, изготавливают из сталей 35ХМЮА, 38Х2МЮА или 35ХЮА.[2]

Шток-поршень является составной частью компрессора.

В свою очередь компрессор - это устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением.

Компрессор служит для преобразования электроэнергии в энергию сжатого воздуха. Замена электроэнергии на пневматическую дает неоспоримое преимущество в безопасности и экономичности использования оборудования и инструментов.

Поршневые компрессоры являются самыми распространенными в Украине среди установленных компрессоров с производительностью до 100 м?/мин.

Основными достоинствами поршневых компрессоров являются их заметная дешевизна по сравнению с компрессорами других типов, относительная простота производства, высокая ремонтопригодность.[3]

Поршни компрессоров всех типов можно разбить на четыре технологические группы: дисковые; тронковые - одноступенчатые и дифференциальные неразъемные; тронковые прямоточные; наборные. [4]

2. Анализ условий работы детали

Условия работы штока - поршня характеризуются большими механическими и тепловыми нагрузками. На поршень действуют механические нагрузки от давления газов и сил инерции. [5]

При сжатии воздуха температура поршня повышается. Такое нагревание нежелательно, поскольку ухудшаются условия работы поршня. Кроме того, если отводить тепло, выделяющееся при сжатии, то требуется меньше работы для сжатия. Поэтому компрессоры обычно имеют водяное или воздушное охлаждение. [6]

Трение поршня о стенки цилиндра вызывает механический износ поршня, а воздействие на его поверхность газов высокой температуры, содержащих агрессивные соединения, - эрозионный и коррозионный износ. [5]

Шток подвергается продольным напряжениям от действия массовых сил; напряжениям изгиба; поперечным напряжениям сжатия.[5]

Шток работает в условиях постоянного или периодического трения при высоких тепломеханических нагрузках, подвергается различного рода напряжениям сжатия, изгиба, кручения.

3. Описание требований, которые предъявляются к материалу деталей и состоянию поверхности

К материалам, применяемым для изготовления штока-поршня, предъявляются следующие требования:

· высокая механическая прочность;

· стабильные линейные размеры;

· высокая коррозионная стойкость;

· хорошие антифрикционные свойства;

· должен сопротивляться:

- высокой температуре,

- давлению газов;

· сопротивление износу.

· достаточную жаростойкость;

· износостойкость;

Материал, для изготовления данной детали должен обладать высокой прочностью, иметь высокую твердость и вязкую сердцевину.

К сталям, используемым для изготовления поршня предъявляют следующие требования:

- высокая твердость поверхностного слоя;

- высокое сопротивление износа;

- достаточная вязкость и прокаливаемость;

- отличная полируемость;

- высокий предел выносливости.

4. Причины выхода из строя

Аварии компрессорных машин часто происходят из-за разрушения штоков, которые работают в условиях циклических нагрузок, вызывающих в них переменные напряжения растяжения и сжатия. На надёжность и долговечность штоков определённое влияние оказывают конструкции и материалы сальниковых уплотнений. Исследования ряда аварий показывают, что штоки разрушаются по резьбе при соединении с крейцкопфом, по галтелях упорных буртов, а также по цилиндрической рабочей части.

Впадины резьбы являются концентраторами напряжений и способствуют усталостному разрушению штоков. Предел выносливости зависит от размеров галтелей и радиусов впадин резьб штоков. Порождение масштабного фактора объясняется качеством материала, градиентом напряжения, неоднородностью напряжённости и механических свойств металла, суммарным влиянием циклической вязкости, размерами зерна металла и технологией изготовления.

Усталостное разрушение часто сопровождается пластической деформацией металла, которая видна при макроскопическом анализе. В местах скоплений линий сдвигов появляются усталостные трещины, которые быстро распространяются и вызывают поломку детали.

Усталостные трещины могут возникать при знакопеременных напряжениях, величина которых меньше предела выносливости, поэтому напряжения, вызывающие в зёрнах металла пластические деформации, не обязательно приводят к усталостному разрушению.

Разрушения по резьбе происходит в следствии усталости металла под действием переменных нагрузок. Концентраторами напряжений в этом случае являются канавки резьб, а грубая структура способствует развитию усталостных трещин.

Основные причины выхода из строя поршня или возникновения дефектов при его эксплуатации:

1) изнашивание цилиндрической поверхности;

2) изнашивание и пластическая деформация кольцевых канавок.

Из-за ошибок при расчете, нарушения технологии изготовления или условий эксплуатации могут возникнуть биение поршня, колебания и вибрации.

Поломки поршней в большинстве случаев носят усталостный характер и происходят в зоне концентрации напряжений. Причинами, вызывающих их, могут быть: неудачный выбор конструктивной формы детали и неправильная оценка влияния концентратора напряжений, нарушение норм технологической эксплуатации.

Изнашивание - процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и накопление его остаточной деформации при трении, проявляющейся в постепенном изменении размеров и формы тела (ГОСТ 23.002-78).

Как вывод можно сказать, что возможными причинами разрушения штока-поршня являются следующие:

1. Поверхностное механическое повреждение штока-поршня.

2. Коррозия.

3. Коробление (или изгиб) штока-поршня - вследствие слишком больших механических напряжений.

4. Усталостные разрушения.

5. Дефекты поверхностного слоя штока поршня после азотирования: деформация и изменение размеров; хрупкость и шелушение; пониженная твердость слоя; пятнистая твердость; пониженная толщина слоя.

6. Износ штока-поршня (этот дефект характерен в течении длительного времени, современен происходит нарастание интенсивности износа).

5. Разработка маршрутной технологии изготовления детали

Рис. 1 - Блок-схема процесса изготовления штока-поршня.

В процессе изготовления штока-поршня, как и любой детали из металла, на первоначальной стадии производят выплавку слитка - блюма (стальная заготовка квадратного сечения, получаемая из жидкого металла) с помощью установки непрерывного литья.

Далее производится ковка. После ковки выполняют прокат на специальных прокатных станах для получения заготовки круглого сечения с соблюдением всех размеров. На данном этапе выполняют отрезание заготовки необходимой длины с учетом припусков на механическую и термическую обработку.

Далее осуществляют нагрев стальных заготовок в печах камерного типа и газовых печах с выкатным подом для последующей ковки.Температура ковки составляет 1200⁰С. Производят ковку на ковочных паровоздушных и пневматических молотах с массой падающих частей 150…3000 кг, а также на гидравлическом прессе усилием 2000т. Для загрузки и выгрузки используются ковочные манипуляторы грузоподъёмностью 18т. На этом этапе происходит формирование ступенчатой заготовки. После ковки необходимо произвести отжиг для снятия внутренних напряжений и подготовить сталь к последующей механической обработке. Необходимость отжига также заключается в том, чтобы снять наклёп после пластической деформации. Отжиг проводят при температуре 880-900⁰С в течении 3-6 часов, охлаждение - медленное вместе с печью.

В результате получают мелкозернистую структуру - феррит + перлит, твердость составляет НВ 207-241.

При черновой обработке (обдирочные работы) снимается основной припуск с поверхности детали. Работа ведется с большой глубиной резания и большими подачами. При обдирочных операциях получают обычно 5-й класс точности и 2-3-й классы чистоты поверхности.

Для обработки цилиндрической поверхности заготовка крепится либо в патроне, либо в центрах (переднем и заднем) и получает вращательное движение.

Заготовку подвергают ультразвуковому контролю. Ультразвуковой контроль (УЗК) является одним из акустических методов неразрушающего контроля и позволяет измерять геометрические параметры, например толщину при одностороннем доступе к изделию, физико-механические свойства мaтериалов, а также обнаруживать скрытые внутренние дефекты в объектах контроля без их разрушения или разделения.

Промышленный ультразвуковой контроль чаще всего проводится с использованием ультразвуковых волн с частотами в диапазоне от 500 кГц до 20 МГц. В целом, более высокие частоты позволяют увеличить разрешающую способность, необходимую для измерения толщины малоразмерных объектов или для обнаружения микроскопичаских дефектов. В то же время, более низкие частоты обеспечивают лучшее проникновение ультразвука в объекты контроля большой толщины или выполненные из материалов, которые плохо проводят ультразвуковые волны.

В соответствии с областями применения, наиболее распространнеными из ультразвуковых приборов для неразрушающего контроля являются толщиномеры и дефектоскопы.

Наилучшее сочетание прочности и пластичности, что обеспечивает хорошую работу материала при динамических нагрузках, сталь приобретает

после обработки, состоящей из закалки и последующего высокотемпературного отпуска - термоулучшение и обеспечивает в данной стали структуру сорбита, являющуюся носителем оптимальных эксплуатационных свойств. После закалки необходимо произвести контроль поверхности - измерение твердости на приборе Роквелл.

Отпуск заключается в нагреве до температуры ниже А_С1 , выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью. Режим отпуска при температуре 630-650 °С в течение 1-3 часов в зависимости от габаритов изделия. Охлаждающая среда - масло. Структура стали после высокого отпуска - сорбит отпуска. Высокий отпуск следует наилучшее соотношение прочности и вязкости. После отпуска необходимо произвести контроль поверхности - измерение твердости на приборе Роквелл. Также необходимо использовать цветную дефектоскопию - метод неразрушающего контроля, который применяется для обнаружения поверхностных дефектов (щелей, пор и пр.). Этот метод основан на проникновении проникающей жидкости в полости дефектов, затем адсорбировании или диффузии из дефекта, при этом наблюдается разница в цвете или свечении между фоном (цветом или свечением всей поверхности объекта) и участком поверхности над дефектом. Чем больше эта разница, тем выше чувствительность метода и тем меньший дефект может быть обнаружен. Красочный метод дает возможность обнаруживать поверхностные дефекты типа трещин с шириной раскрытия от 0,001 мм и глубиной от 0,001 мм. После проникновения жидкости во все сколько-нибудь значительные дефекты излишки ее удаляют с поверхности. После этого поверхность детали покрывают белой краской или опыляют порошком, отличающимся большой адсорбиющей способностью. Нанесенное на поверхность адсорбирующее вещество вытягивает из дефекта оставшуюся там жидкость и при этом либо окрашивается в яркий цвет красителя в месте расположения дефекта (при красочном методе), либо смачивается жидкостью с люминесцирующей добавкой, которая при облучении ультрафиолетовыми лучами начинает флуоресцировать.

После улучшения детали из стали обрабатывают на металлорежущих станках и затем шлифуют их рабочие поверхности. Для получения требуемых свойств делее проводим химико-термическую обработку - азотирование. После азотирования производится окончательная механическая обработка - чистовая. При чистовой обработке снимается минимальный припуск. Работа ведется с малыми подачами. При этом достигается 4-й класс точности и 4 - 6-й классы чистоты поверхности.

Далее проводят контроль качества. На данном этапе проводят замер твердости поверхностей.

Маршрутная технология механической обработки штока - поршня представлена на рисунке 2.



Рис. 2 - Маршрутная технология механической обработки штока - поршня

6. Выбор материала детали

поршень термический обработка

Как упоминалось ранее штоки - поршни изготовляют из сталей 35, 40, 38XА или легированных с более высокими механическими свойствами. Штоки-поршни, подлежащие азотированию, изготавливают из сталей 35ХМЮА, 38Х2МЮА или 35ХЮА,40ХН2МА.[2]

Табл. 1 - Химический состав сталей в % (ГОСТ 1050-74)

Сталь	C	Mn	Ni	S	Р	Si	Cr	Ac1,0C	Ac3, 0C
38Х2МЮА	0.35 - 0.42	0.3 - 0.6	до 0.3	до 0.025	до 0.025	0.2 - 0.45	1.35-1.65	800	865
40ХН2МА	0,37-0,44	0,5-0,8	1,25-1,65	до 0,25	до 0,025	0.17 - 0.37	0,6-0,9	720	790
38Х2Ю	0,35-0,43	0,2-0,5	1,25-1,65	до 0,035	до 0,035	0,2-0,4	1,5-1,8	810	855

Табл. 2 - Механические свойства и усталостная прочность сталей

Сталь	Режим ТО (t,0С)	у	у		Ш	КСU	НВ после отжига
		МПа	%	Дж/ см2
38Х2МЮА	3.920-940,м+ +ВО 620-649,м	850	1000	14	50	60	229
38Х2Ю	3.910-930,м+ВО 610-630,м	750	900	10	45	60	229
40ХН2МА	3.850-890м+ +ВО 550-650,воздух	780	900	12	35	55	277-321

Табл. 3 - Свойства стали после азотирования

Сталь	Твердость поверхностного слоя HV	Температура процесса азотирования
38Х2МЮА	850-1200	480-520С
38Х2Ю	800-1000	480-520С
40ХН2МА	750-900	550-570С

Сталь 38Х2МЮА не склонна к отпускной хрупкости, но является флокеночувствительной. Сталь 38Х2Ю не является флокеночувствительной, но склонна к отпускной хрупкости.

Сталь 40ХН2МА не склонна к отпускной хрупкости, является флокеночувствительной.

Для штока-поршня не требуется высокая твердость азотированного слоя НV 1000-1200, которую можно получить на стали 38Х2МЮА. Эта сталь имеет высокую твердость и износостойкость. Поэтому предлагаю изготовить шток-поршень из стали 38Х2МЮА.

38Х2МЮА - конструкционная, низколегированная, высококачественная сталь, с содержанием углерода - 0,38%, хрома - 2%, молибдена - 1%, алюминия - 1%.

Хром и особенно алюминий образуют устойчивые нитриды, что придает стали очень высокую твердость (до НV 1100-1200). Хром, кроме того, повышает прокаливаемость и прочность стали. Молибден вводят в сталь для устранения отпускной хрупкости; одновременно он повышает прокаливаемость. Тем не менее детали из стали 38Х2МЮА обладают невысокой прокаливаемостью (до 50 мм). Существенным недостатком этой стали является склонность к обезуглероживанию. Поэтому нужно предусматривать на деталях сравнительно большой (до 3 мм) припуск на механическую обработку для удаления обезуглероженного слоя, в противном случае азотированный слой получится хрупким. Другим недостатком этой стали является склонность к образованию дефектов металлургического происхождения (волосовин, неметаллических включений и пр.).

Повышенное количество неметаллических включений создает препятствие для диффузии азота и приводит к неравномерности диффузионного слоя по глубине и насыщению. Указанные недостатки связаны с наличием в стали алюминия.

Влияние легирующих элементов на структуру и свойства стали

Влияние C

Рис. 3 Влияние углерода на механические свойства стали

С увеличением содержимого углерода в стали меняется ее структура, которая формируется двумя фазами - ферритом и цементитом. Вот почему соотношением количества этих фаз, а также характером их взаимного расположения (то есть структурой) и определяются свойства стали (рис. 3).

Чем больше углерода в стали, тем меньше в ней мягкого и пластического феррита и больше твердого и хрубкого цементита, что обьясняют увеличение роста твердости (НВ) и снижение пластичности (у, ш) и вязкости (КСV). В доэвтектоидных сталях рост прочности объясняется тем, что частички цементита препятствуют перемещению дислокаций, то есть повышают сопротивление деформации. С увеличением количества углерода в стали повышаются ее электросопротивление и коэрцитивная сила, уменьшается магнитная проницаемость.[15]

Влияние Cr, Mo, Al

На рис. 4 приведена схема по Ф. Веферу, иллюстрирующая классификацию легирующих элементов по их влиянию на полиморфизм железа.

Хром относится ко второй группе, элемен-ты этой группы сужают г-обла-сть (рис.4,в,г).

Как правило, карбидообразующие элементы повышают температуру диссоциации карбидов, и если при этом они также повышают температуру б-г-превращения, то влияние их на точку Ас₁ особенно сильно (рис. 5).

Хром повышает точку Ас₁ и понижает Ас₄ (рис.5). Так как хром является карбидообразую-щим элементом, то он смещает точку S в сторону меньших концентраций углерода (рис. 6).

Хром понижает предел растворимости углерода в железе и, следовательно, смещает точку Е в сторону меньших концентраций углерода.[16]

Mo, Al - понижают А₁ и повышают А₃, сужая область г-железа, точки S и Е сдвигают влево в сторону меньшего содержания углерода.

Элементы Cr, Mo - значительно меньше повышают твердость (даже при больших концентрациях). Также Mo, Cr снижают ударную вязкость при всех концентрациях.

Основная цель введения молибдена - это уменьшение склонности к отпускной хрупкости второго рода, улучшение свойств комплексно-легированных сталей в результате измельчения зерна, повышение стойкости к отпуску и увеличение прокаливаемости. Алюминий - элемент, который растворяется в феррите и цементите.

Как уже упоминалось выше хром является карбидообразуещем элементом. Он увеличивает прокаливаемость, так как, легируя аустенит, повышает его устойчивость. Под прокаливаемостью в свою очередь понимают способность стали приобретать закаленный слой с мартенситной или тросто-мартенситной структурой и высокой твердостью на определенную глубину.

Хром и молибден смещает С-кривые в право и уменьшают стойкость аустенита, снижают мартенситные точки М_н и М_к. Хром уменьшает склонность стали к росту зерна.

Алюминий, наоборот, повышает мартенситную точку и уменьшает количество остаточного аустенита. Al обладает особенностью оказывать огромное задерживающее влияние на рост зерна аустенита и в тех случаях, когда они присутствуют в стали в виде дисперсных окислов.

Превращения, которые происходят после отпуска: хром увеличивает стойкость мартенсита, так как он снижает диффузию углерода в аустените. Хром также задерживает превращение распада остаточного аустенита; интенсивно влияет на температуру рекристаллизации феррита; задерживает коагуляцию карбидов и увеличивает их дисперсность. Молибден - сильно тормозит процесс роста и коагуляцию частиц легированного цементита и карбидов.

Хром повышает жаростойкость и коррозионную стойкость стали, увеличивает ее электрическое сопротивление и уменьшает коэффициент линейного расширения. Легирование стали хромом приводит к уменьшению склонности аустенитного зерна к росту при нагреве, существенному увеличению ее прокаливаемости, а также к замедлению процесса распада мартенсита.

Молибден - предупреждает рост зерен и повышает способность к прокаливанию, устраняет хрупкость процесса закалки, при медленном охлаждении после температуры отпуска в некоторых сплавах проявляется осадок карбидов на границах зерен, а это в свою очередь является причиной хрупкости. Молибден устраняет эти негативные последствия. Кроме того, молибден увеличивает ползучесть, прочность и коррозионную стойкость стали. Является важным легирующим элементом в стали.

Алюминий - используется для удаления кислорода, оказывает эффект увеличения текучести и ударной вязкости. Кроме того, алюминий обладает эффектом уменьшения размера зерна, является основным легирующим элементом азотированной стали. В некоторых видах микролегированной стали используется в качестве легирующего элемента, образующего нитрид и карбонитрид.

Влияние легирующих элементов на диффузию азота



Рис. 7. Влияние легирующих элементов на глубину азотированного слоя; температура 550° С; время 24 ч (Ю. М. Лахтин).

Рис. 8. Влияние легирующих элементов на содержание азота в поверхностной зоне азотированного слоя; температура 650°С; время 24 ч (Ю.М. Лахтин)

Углерод оказывает существенное влияние на диффузию азота. С увеличением содержания углерода в стали скорость диффузии азота уменьшается. Так, при увеличении содержания углерода с 0,06% до 0,43% коэффициент диффузии азота уменьшается примерно в 4 раза; е-фаза при наличии углерода из иитридной превращается в карбонитридную.

Легирующие элементы в составе стали способствуют уменьшению глубины азотированного слоя, особенно при малом их содержании (рис. 7).

Концентрация азота в поверхностной зоне слоя также снижается под влиянием легирующих элементов.

Исключение составляет алюминий. С увеличением его содержания концентрация азота в слое несколько возрастает (рис. 8). Алюминий также способствует, в отличие от других легирующих элементов, увеличению глубины е-фазы с высоким содержанием азота.

Нитридообразующие легирующие элементы (алюминий, хром, молибден, вольфрам и др.) повышают твердость азотированного слоя. Чем выше степень дисперсности образующихся нитридов, тем больше эффект повышения твердости. Нитриды алюминия наиболее мелкодисперсны, и поэтому этот элемент больше других повышает твердость. Никель не образует нитридов и поэтому почти не влияет на твердость (рис. 9). Установлено, что высокая поверхностная твердость может быть получена и в сталях, не содержащих алюминий.

Рис. 9. Влияние легирующих элементов на твердость азотированного слоя; температура 550°С (Ю.М. Лахтин).

7. Термическая и химико-термическая обработка

Технологический процесс предусматривает несколько операций, приведенных ниже:

1. Предварительная термическая обработка заготовки.

Эта операция состоит из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной прочности и вязкости в сердцевине изделия.

Закалку стали 38Х2МЮА выполняют с нагревом до 930 - 950⁰С с охлаждением в масле.

Отпуск проводят при высокой температуре 640 - 660⁰С, превышающей максимальную температуру последующего азотирования и обеспечивающей получение твердости, при которой сталь можно обрабатывать резанием. Структура стали после этого отпуска - сорбит отпуска.

2. Механическая обработка деталей, а также шлифование, которое придает окончательные размеры детали.

3. Защита участков, не подлежащих азотированию, нанесением, тонкого слоя (0,01-0,015 мм) олова электролитическим методом или жидкого стекла. Олово при температуре азотирования расплавляется на поверхности стали в виде тонкой не проницаемой для азота пленки. [8]

4. Азотирование.

5. Окончательное шлифование или доводка изделия.

Так как шток-поршень является длинномерной деталью, то для предотвращения коробления необходимо термообработку проводить в подвешенном состоянии. Для этого применяют рым-болты, с помощью которых подвешивают длинномерные детали (см. приложение Г).

Как неоднократно ранее указывалось, обязательной термической обработкой перед азотированием является термоулучшение - закалка + высокий отпуск. Термоулучшение проводится перед азотированием для получения прочности и вязкости стали в сердцевине изделия.

7.1 Закалка

Закалку необходимо произвести при температуре 930 - 950⁰С с охлаждением в масле, выдержка составит 0,5 - 1 ч. Структура после закалки представляет собой мартенсит. Твердость HRC 64 - 66.

Продолжительность прогрева детали из данного материала выбирают следующим образом: на 1мм поперечного сечения детали - 45-75 сек в электропечах + 15..20 % от продолжительности прогрева детали. Выбранный режим нагрева должен обеспечить полное превращение исходной феррито-перлитной структуры в аустенит. Последующее охлаждение материала производится в масле, чтобы обеспечить скорость охлаждения больше, чем Vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит, т.е. в структуру закаленной стали). При высоких скоростях охлаждения (выше Vкр) диффузионный распад аустенита подавляется -- аустенит претерпевает только мартенситное превращение.

Длинномерные детали закаляют в подвешенном состоянии, так как в процессе закалки может произойти коробление детали за счет не равномерного распределения внутренних напряжений. Поэтому предлагаю для проведения процесса закалки использовать электрическую шахтную печь типа СШЗ-6.12/10. Загрузку и выгрузку деталей выполняют с помощью кранов. Образование в результате закалки мартенсита приведет к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако резко возрастает склонность материала к хрупкому разрушению, особенно при динамических нагрузках. В связи с этим проводится высокотемпературный отпуск, при котором снимаются остаточные напряжения и обеспечиваются необходимые механические свойства материала.

7.2 Высокотемпературный отпуск

Рис. 10 - Электрическая шахтная печь типа СШО-6.12/7

Высокотемпературный отпуск проводят при температуре 640 - 660⁰С, охлаждающая среда - масло, так как у нас относительно не большая деталь. Выдержка составит около 1-3ч. Структура после отпуска - сорбит отпуска. Твердость HRC 40 - 50. Температура отпуска ни в коем случае не должна быть ниже температуры азотирования, в противном случае при азотировании будет происходить дополнительное снятие закалочных напряжений, что может привести к искривлению изделия. Для проведения отпуска предлагаю использовать электрическую шахтную печь типа СШО-6.12/7 (рис. 10).

Высокий отпуск преследует наилучшее соотношение прочности и вязкости. Получение структуры сорбита для данной стали можно достичь и просто отжигом ее при тех же температурах, при которых материал нагревается под закалку, с последующем охлаждением на воздухе. Такой технологический процесс называется нормализацией. Однако улучшение этих сталей в отличии от нормализации обеспечивает повышенный предел текучести в сочетании с хорошей пластичностью и вязкостью, высоким сопротивлением развитию трещины, снижает порог хладноломкости. [11]

Для очищения деталей от масла, грязи и т.п. необходимо использовать специальные моечные машины.

7.3 Азотирование

7.3.1 Общие сведения об азотировании

Часто на машиностроительных предприятиях используют газовое азотирование. Процесс газового азотирования происходит следующим образом. Изделия загружают в электрическую печь. По трубке в печь подается аммиак (NH₃), предварительно пропущенный через поглотитель влаги. При температурах азотирования аммиак диссоциирует (разлагается) на свои составные части - азот и водород. Образовшийся атомарный азот поглощается поверхностью изделий, а водород с неразложившейся частью аммиака выходит из муфеля по отводящей трубке. Отходящие газы проходят через диссоциометр - прибор который служит для определения степени диссоциации аммиака - этого важного показателя течения процесса. Обычно при азотировании диссоциация аммиака поддерживается в пределах 25 - 40%, т. е. ведут процесс так, чтобы диссоциировало только 25 - 40% аммиака. При диссоциации свыше 60% аммиака глубина азотированного слоя уменьшается, а твердость поверхности изделия понижается, так как на ней накапливается водород, который препятствует взаимодействию металла с азотом и, кроме того, вызывает обезуглероживание стали. [9]

Длительность процесса зависит от требуемой толщины азотированного слоя. Чем выше температура азотирования, тем ниже твердость азотированного слоя и больше толщина слоя. Снижение твердости азотированного слоя связано с коагуляцией нитридов легирующих элементов. Обычно при азотировании желательно иметь слой толщиной 0,3-0,6 мм. Процесс азотирования при 500-520⁰С в этом случае является продолжительным и составляет 24 - 60 ч.

В процессе насыщения азотом изменяются, но очень мало, размеры изделия вследствие увеличения объема поверхностного слоя. Деформация возрастает при повышении температуры азотирования и толщины слоя. [8]

Для ускорения процесса азотирования в последнее время широко применяют ступенчатый нагрев: изделия выдерживают 12 - 15 часов при температурах 510 - 520°С, а затем нагревают до 550 - 600°С и выдерживают при этих температурах от 8 до 20 час, в зависимости от толщины слоя. Сравнительно небольшая выдержка изделий при температурах 550 - 600°С не приводит к значительному понижению их твердости, но зато способствует более глубокому проникновению в сталь азота. При ступенчатом азотировании продолжительность процесса удается сократить в 1,5 - 2 раза. По окончании азотирования изделия медленно (со скоростью 200 - 300°С в час) охлаждают до температуры 200 - 250°С с тем, чтобы в них не осталось внутренних напряжений.

Охлаждение, так же как и нагрев, должно производиться в закрытой печи в атмосфере аммиака во избежание окисления поверхности изделия. Иногда необходимо азотировать только часть поверхности изделия. В этих случаях места, не подлежащие азотированию, покрывают гальваническим путем слоем олова. При азотировании олово расплавляется (температура плавления его 232°С) и покрывает поверхность тонкой пленкой, которая препятствует проникновению в сталь азота. Слой олова должен быть очень тонким (не более 10-15 мк), чтобы оно не стекало на смежные участки, подлежащие азотированию. Для предохранения части поверхности от азотирования ее можно покрыть в 2 - 3 слоя жидким стеклом. Каждый слой жидкого стекла высушивается при температурах 100 - 120°С. Если азотированию подвергается часть изделия, то она покрывается особым лаком, а затем изделие погружается в расплавленное олово. К поверхностям, покрытым лаком, олово не будет приставать, и они подвергнутся азотированию. [9]

Азотирование очень сильно повышает: твердость поверхностного слоя, износостойкость слоя, предел выносливости, сопротивление коррозии в таких средах - атмосфера, вода, пар и т.д.[8]

Повышение твердости и коррозийной устойчивости изделия при азотировании достигается благодаря образованию в его поверхностном слое очень измельченных химических соединений азота с металлами - нитридов. Эти нитриды придают стали очень высокую естественную твердость, поэтому после азотирования не требуется никакой дополнительной термической обработки. В этом состоит принципиальное отличие и преимущество процесса азотирования от цементации. Для достижения хороших результатов изделия перед азотированием должны быть очищены от ржавчины, грязи и масла (пескоструйная очистка и обезжиривание поверхности).

Проникновение азота в сталь при обычных условиях азотирования протекает чрезвычайно медленно (во много раз медленнее диффузии углерода при цементации стали). Поэтому для образования азотированного слоя требуется довольно много времени (ориентировочно, около 10 часов для получения слоя глубиной 0,1 мм). [9]

Твердость азотированного слоя заметно выше, чем цементованной стали, и сохраняется при нагреве до высоких температур (550 - 600°С); тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200 - 225°С. [8]

Азотированные изделия подвергаются только шлифованию. Механическая и термическая обработка изделия производится до азотирования.

В результате азотирования сталь немного увеличивает свой объем. Размеры изделия при этом увеличиваются на 0,005 - 0,008 мм на сторону. Указанное изменение размеров должно быть учтено при изготовлении изделий. Результаты азотирования контролируются в основном путем измерения твердости поверхности. Определение твердости азотированного слоя производится на приборе Виккерса вдавливанием в изделие алмазной пирамиды под нагрузкой 3 - 5 кг или на приборе Роквелла алмазным конусом под нагрузкой 15 кг. При использовании больших нагрузок тонкий азотированный слой продавится, и результаты испытания будут неправильные.

Следует, однако, отметить, что азотированный слой отличается значительной хрупкостью. [9] Общий вид установки для газового азотирования приведен на рисунке 11. Азотирование чаще всего ведут в шахтных печах с принудительной циркуляцией газа и с максимальной рабочей температурой 600 и 7000С. Шахтные печи (США) выпускают с 2 сменными муфелями или с одним стационарным.

В вертикальных печах, используемых для азотирования небольших деталей (рис. 12), циркуляция атмосферы осуществляется вентилятором 1, размещенным в поде печи. Ленточные нагреватели 3 отделений от рабочего пространства цилиндрическим экраном 4. Герметичность крышки создают масляным затвором 5 глубиной 0,2 м и асбестовой прокладкой 6. Детали загружают в печь в специальных корзинах с рыхлым дном. Для ускорения охлаждения деталей газ с помощью вентилятора пропускается через трубы 2, охлаждаемые водой. [10]

7.3.2 Механизм образования азотированного слоя

Рис. 13. Диаграмма состояния Fe - N (а) и изменение содержания азота (б) и микроструктуры (в, х 250) но толщине азотированного слоя, полученного при 600⁰С на железе.

В сплавах железа с азотом образуются следующие фазы (рис. 13): твердый раствор азота в б-железе (б-фаза); г'-фаза - твердый раствор на основе нитрида железа Fe₄N (5,7 - 6,1% N); е-фаза - твердый раствор на базе нитрида железа Fe₃N (8-11,2% N). В сплавах с 11,35% N при 450°С возможно образование ж - фазы Fe₂N. При температуре выше 591°С существует г-фаза, которая представляет собой твердый раствор азота в г-железе. При 591°С г-фаза претерпевает эвтектоидный распад. Азотистый эвтектоид содержит 2,35% N и состоит из б- и г'-фаз.

Азотирование проводят в атмосфере аммиака, который при, нагреве диссоциирует (при 500-520⁰С степень диссоциации аммиака составляет 15-25%, а при 600-650⁰С возрастает до 40-50%) по уравнению:

2NH ₃ 2N + 6Н.

Образовавшийся атомарный азот диффундирует в железо. Если выполнять азотирование при температуре ниже эвтектоидной (591°С), то в начальный момент насыщения на поверхности стали образуется б-фаза (рис. 13, а). По достижении предела насыщения б-фазы начинается образование следующей фазы, стабильной при данной температуре, а именно г'-фазы. При дальнейшем насыщении азотом образуется е-фаза. Следовательно, в результате диффузии в азотированном слое располагаются в поверхностной зоне наиболее богатая азотом е-фаза, несколько ниже г и б-фаза.

С понижением температуры е- и б-фазы в соответствии с диаграммой состояния (см. рис. 13, в) распадаются, выделяя избыточную г'-фазу. В связи с этим после медленного охлаждения фазы в диффузионном слое можно расположить в следующем порядке от поверхности к сердцевине:

При выполнении азотирования выше эвтектоидной температуры, например при t_д (рис. 13), сначала возникает б-фаза, затем по достижении ее предела насыщения образуется г-фаза, после насыщения которой на поверхности появляется г'-фаза, и, наконец, е-фаза.

Таким образом, при температуре диффузии азотированный слой состоит из следующих фаз (от поверхности к сердцевине): . При медленном охлаждении е- и б-фазы распадаются и выделяют избыточную г'-фазу (Fе₄N), а г-фаза претерпевает эвтектоидное превращение, распадаясь на эвтектоидную структуру б + г'.

Тогда при 20°С азотированный слой будет состоять из (эвтектоид) (см. рис. 13). Переход от одной фазы к другой сопровождается резким перепадом концентрации азота, так как двухфазные слои (е + г' или б + г') при температуре насыщения железа азотом существовать не могут (см. рис. 13). [8]

7.3.3 Режим азотирования поверхности данной детали

При изготовлении деталей высокой точности и шлифовании для них до азотирования рекомендуется проводить дополнительный стабилизирующий отпуск при температуре 600-630⁰С с продолжительностью 3-5 ч. Охлаждение после отпуска замедленное. Такой отпуск снимает внутренние напряжения, возникающие при механической обработке, производимой после улучшения, и способствует сохранению точных размеров при последующем нагреве в процессе азотирования.

Таблица 4 - Режимы азотирования для стали 38Х2МЮА

Марка стали	Температура азотирования, 0С	Выдержка, ч	Глубина слоя, мм	Твердость азотированного слоя HV
38Х2МЮА	509-520	48-60	0,4-0,5	1000-1100
	1 стадия - 510-520	15	0,5-0,6	850-1000
	2 стадия - 550-570	25	0,5-0,6	850-1000

Установлено, что предварительная термическая обработка влияет на конечные результаты азотирования. С повышением твердости сердцевины увеличивается и твердость азотированного слоя. Согласно источнику [13] существуют следующие режимы азотирования для стали 38Х2МЮА, которые представлены в таблице 4.

Применяют два режима азотирования: одноступенчатый и двухступенчатый (редко трехступенчатый). При одноступенчатом режиме процесс осуществляется при постоянной температуре. Такой режим позволяет достигнуть максимальную твердость, однако он имеет большую продолжительность. Для сокращения продолжительности процесса предлагаю применить двухступенчатый режим азотирования. На первой стадии процесса устанавливают сравнительно невысокую температуру 510 - 520⁰С, в результате чего получается не глубокий, но хорошо насыщенный азотом слой. На второй ступени температура повышается до 550-570⁰С, в следствии чего ускоряется диффузия азота, и быстрее получается требуемая глубина слоя. Продолжительность первой стадии определяется временем, необходимым для завершения формирования слоя с высокой твердостью, оно составляет - 15 часов. Продолжительность второго периода зависит от температуры процесса второй ступени требуемой глубины слоя. Время выдерки составляет в моем случае - 25 часов. Твердость поверхностного слоя составит HV 850-1000. Структура поверхностного слоя будет состоять из сорбита и нитридов.

...