Azotowanie gazowe

Azotowanie gazowe to proces utwardzania powierzchniowego służący do zwiększenia odporności na zużycie przez tarcie, twardości powierzchni i wytrzymałości zmęczeniowej dzięki rozpuszczeniu azotu i wydzielaniu twardych azotków.

Korzyści

Proces bardzo rozpowszechniony i chętnie wybierany dla elementów podlegającym dużym obciążeniom gdzie wysoka twardość powierzchniowa, odporność na ścieranie i zmęczenie są niezbędnymi właściwościami zapewniającymi spełnienie wymagań eksploatacyjnych detalu. Szeroki zakres możliwych temperatur i głębokości warstwy dyfuzyjnej umożliwiające regulację różnych właściwości obrabianych części powoduje, że azotowanie gazowe znajduje bardzo wiele zastosowań.

Aplikacje i materiały

Proces jest stosowany na koła zębate, wały korbowe, wały krzywkowe, popychacze, części zaworów, sprężyny, śruby do wyciskania, oprzyrządowanie do odlewania ciśnieniowego, matryce kuźnicze, aluminiowe matryce do wyciskania, wtryskiwacze i formy do tworzyw.

Azotowanie jest najskuteczniejsze w przypadku stosowania do gatunków stali zawierających pierwiastki sprzyjające powstawaniu azotków, takie jak chrom, molibden, wanad, tytan i aluminium. Ten proces ma również zastosowanie do takich stali narzędziowych, jak stale narzędziowe do pracy na gorąco i na zimno oraz stale na formy. Zastosowaniem niskotemperaturowym jest azotowanie stali sprężynowej w celu wydłużenia trwałości zmęczeniowej sprężyn stosowanych w motoryzacji. Ogólnie mówiąc, azotowanie gazowe można stosować do wszystkich materiałów stalowych o zawartości do 5% chromu. W przypadku większej zawartości pierwiastków stopowych i azotowania gazowego stali nierdzewnej można rozważyć azotowanie plazmowe choć współczesne instalacje azotowania gazowego realizują procesy dla stali wysokostopowych. Nie zaleca się azotowania gazowego stali spiekanych o niskiej gęstości.

W celu uzyskania optymalnych wyników przed azotowaniem gazowym materiał powinien zostać ulepszony cieplnie.

Dane procesowe

Azotowanie gazowe to niskotemperaturowy (zazwyczaj 520°C), powodujący niewielkie odkształcenia proces obróbki cieplno-chemicznej wykonywany w celu poprawy właściwości tribologicznych powierzchni wykończonych lub prawie wykończonych elementów stalowych. W przypadku dodania gazu zawierającego węgiel, proces jest nazywany azotonawęglaniem gazowym. Źródłem atomów azotu i węgla „ in statu nascendi” są amoniak i dwutlenek węgla. Wytworzona warstwa azotowana zawiera dwie podstawowe strefy: strefa azotków ɛ ( faza międzywęzłowa o sieci heksagonalnej), ɛ+γ’, γ’ ( faza międzywęzłowa o sieci regularnej). Z uwagi na nieujawnianie przy trawieniu swojej ziarnistej budowy strefa ta jest potocznie nazywana „ białą warstwą”. Tuż pod strefą azotków znajduje się druga strefa będąca strefą dyfuzyjną ( międzywęzłowy roztwór stały azotu w żelazie- α) z możliwością wystąpienia wydzieleń azotków.

Warstewka związków azotków wytworzona na powierzchni części odpowiada za poprawę odporności na zużycie, zacieranie (właściwości tribologiczne) oraz podniesienie odporności  na korozję. Warstwa dyfuzyjna odpowiada za poprawę wytrzymałości zmęczeniowej i działa jako podłoże dla twardej warstewki związków kształtując optymalną charakterystykę rozkładu naprężeń na przekroju całej warstwy. Współczesne instalacje azotowania gazowego pozwalają na precyzyjne kontrolowanie i kształtowanie struktury otrzymywanych warstw azotowanych. Kontrolowanie i regulacja procesu z wykorzystaniem zaawansowanych technicznie analizatorów atmosfery, masowych kontrolerów przepływu, jednorodnej cyrkulacji atmosfery zapewnia otrzymanie warstwy optymalnej dla rzeczywistych warunków eksploatacji części. W przypadku potrzeby poprawy odporności na zużycie przez tarcie i wyraźne podniesienie odporności korozyjnej proces Corr-I-Dur®  jest preferowanym rozwiązaniem.