Главная
АИ #7 (137)
Статьи журнала АИ #7 (137)
Изменение фазового состава нитридного слоя при последующем парооксидировании

Изменение фазового состава нитридного слоя при последующем парооксидировании

Рубрика

Технические науки

Ключевые слова

азотирование
оксидирование
степень диссоциации
деазотирование
структура
фазы
оксикарбонитридный слой

Аннотация статьи

В статье рассматриваются фазовые изменения в поверхностном нитридном слое при оксидировании в парах воды с формированием модифицированного диффузионного покрытия.

Текст статьи

В последнее время для поверхностного упрочнения деталей, работающих в коррозионной среде, на износ при малых контактных нагрузках, применяют оксинитридный слой, состоящий из развитой диффузионной нитридной и тонкой поверхностной оксидной зоны, которые обеспечивает лучшие прирабатываемость трущихся поверхностей и сопротивление коррозии.

В диффузионных процессах важным является структурообразование на поверхностном слое с получением того или иного свойства и поэтому необходимо обеспечение не только последовательность возникновения фаз в диффузионном слое, но и состав формирующихся фаз, поскольку в процессе диффузии диффундирующего элемента изменяется и химический состав в поверхностной зоне упрочняемого изделия.

При разработках комбинированной технологии азотирования с последующим оксидированием необходимо знать распределение азота, углерода и кислорода по глубине упрочненного слоя.

Образцы из стали 40Х обрабатывались в атмосфере аммиака, со степенью диссоциации α = 40…60%, при температуре 6200С – выше температуры эвтектоида и часть образцов оксидировали в парах воды, не извлекая из печи при той же температуре в течение 1 часа. Микрошлифы из обработанных образцов были изучены оже-спектральным анализом. Распределение элементов по глубине нитрид-оксидного слоя представлены на рис.1.

Рис. 1. Распределение элементов в нитридном слое после азотировании: t=6200С, t=3 ч. (линии 1,3,5) и азотирование с последующим оксидированием: t=6200С, t=0,5 ч. (линии 2,4,6)

Имеются значительные различия в распределениях элементов по нитридному слою полученных по двумя вариантами обработки. Содержание азота на поверхности в образцах, обработанных азотированием намного больше у образцов с последующим оксидированием (рис.1).

После оксидирования, из-за деазотирования образцов, до определенной глубины содержание азота отсутствует и обнаруживается увеличение азота по глубине нитридного слоя, который происходит за счет диффузии азота в нитридной зоне при оксидировании с образованием низших нитридов.

Наличие на поверхности углерода объясняется с тем, что при азотировании происходит обезуглероживание, азот вытесняет углерода находящийся в матрице стали.

При оксидировании за счет диффузии кислорода одновременно происходит деазотирование и обезуглероживание в части низшей нитридной зоны с формированием модифицированного слой оксикарбонитридного характера.

Нитридный слой полученный при выше эвтектоидной температуре (выше 590оС) имеет столбчатое строение, а также является микропористыми. В период охлаждение образца, нитридный слой окисляется из кислорода воздуха, о чем и свидетельствует наличие кислорода после азотирования. В начальное время происходит рост нитридного слоя по глубине с увеличением толщины низкоазотистых фаз. Из-за рыхлой и пористой структуры оксидного слоя продолжается деазотирование, а также обезуглероживание нитридного слоя.

С целью получения полную картину изменения нитридного слоя при парооксидировании, образцы из стали 40Х азотировали при температуре 580оС, в течение 3 часа и подвергались оксидированию в парах воды при температуре 550 оС ниже эвтектоидной температуре для системы “Fe-O” с продолжительностью 1,0 и 2,5 часа (рис. 2).

Рис. 2. Распределение элементов в нитридном слое после азотировании: tа=5800С, tа=3 ч. и оксидировании tо=5500С, tо=1 ч. (линии 1,3,5) и tо=2,5 ч. (линии 2,4,6).

Полученные результаты показывают, что при оксидировании нитридного слоя, на поверхности образуется оксидный слой, который препятствует деазотированию и получается развитый нитридный слой, и одновременно происходит диффузии: азота из нитридной зоны вглубь слоя и кислорода из газовой атмосферы.

С увеличением продолжительности оксидирования концентрация азота по обеим направлениям нитридного слоя уменьшается, на поверхности содержание углерода из матрицы и нитридного слоя увеличивается (рис. 2).

Следует отметить экстремум (максимум) распределений кислорода (рис.2., tа=3ч., tо=2,5ч), что соответствует началом наличие азота в нитридном слое, характеризующей началом плотного подповерхностного оксикабонитридного слоя.

В результате полученных данных можно утвердить, что при благоприятных условиях оксидирования нитридного слоя, можно получить регулируемые плотные карбонитридные, оксикарбонитридный слои, которые имеет лучшие физико-механические свойства, чем самого нитридного слоя.

Рентгеноструктурный анализ образцов, также подтвердили наличие развитой γ΄-фазы (Fe4N), ε΄-фазы (Fe2-3(CN)) и ε΄΄-фазы (Fe2-3(CON)). А также рентгеноструктурным анализом установлено, что при температуре оксидирования 620 0С оксидный слой состоит из оксидов FeO Fe2O3, Fe3O4, а при температуре оксидирования 5500С оксидный слой практически состоит из одного Fe3O4.

Оже-спектральный анализ совместно с другими методами исследования позволяет определить картину послойного строения нитрооксидированных сталей. При исследовании температурных и временных зависимостей формирования диффузионного слоя и по его результатам можно регулировать фазовый состав нитрид-оксидного слоя с получением требуемого эксплуатационного свойства поверхности.

Список литературы

  1. Лахтин Ю.М. и др. Теория и технология азотирования. – М: Металлургия, 1981, 320 с.
  2. Гаврилова А.В. и др. Металловедение и термическая обработка металлов, 1974. №3. - С. 14-21.
  3. Ворошнин Л.Г. Перспективы развития химико-термической обработки. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008, №1. – С.5-8. 
  4. Коган, Я.Д. Перспективы регулируемых процессов азотирования. // Азотирование в машиностроении: сб. науч. тр. выпуск. 174. - М.: МАДИ, 1979. - С. 14-26.

Поделиться

561

Эшкабилов Х. К. Изменение фазового состава нитридного слоя при последующем парооксидировании // Актуальные исследования. 2023. №7 (137). Ч.I.С. 22-24. URL: https://apni.ru/article/5646-izmenenie-fazovogo-sostava-nitridnogo-sloya

Актуальные исследования

#45 (227)

Прием материалов

2 ноября - 8 ноября

осталось 7 дней

Размещение PDF-версии журнала

13 ноября

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

26 ноября