РД 50-186-80

     

РУКОВОДЯЩИЙ НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ

     

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

     
Надежность в технике. Методы выбора, регулирования и контроля сред
для газового и жидкостного азотирования

     

Дата введения 1981-07-01

РАЗРАБОТАНЫ Министерством высшего и среднего специального образования СССР, Государственным комитетом СССР по стандартам

ИСПОЛНИТЕЛИ

Ю.М.Лахтин; В.Н.Гурашев (руководители темы); Я.Д.Коган; Г.В.Гладова; Т.К.Кантерина; В.А.Бородин; А.Н.Мальшаков

ВНЕСЕНЫ Министерством высшего и среднего специального образования СССР

УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 19 марта 1980 г. N 1226

РДМУ ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ

Настоящие методические указания предназначены для предприятий, производственных объединений и организаций, применяющих азотирование как метод поверхностного упрочнения изделий для повышения их надежности.

Методические указания устанавливают области применения газового и жидкостного азотирования, выбор насыщающих сред в зависимости от назначения упрочненных изделий, режимы азотирования, методы регулирования и контроля процессов азотирования.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Азотирование применяют с целью повышения поверхностной твердости, износостойкости, теплостойкости, усталостной прочности и коррозионной стойкости изделий машиностроения.

1.2. Процессы азотирования классифицируют в зависимости от температуры проведения процесса, способа нагрева и агрегатного состояния насыщающей среды. Классификация процессов азотирования представлена на чертеже.

Примечание. В настоящих методических указаниях рассмотрены вопросы низкотемпературного газового и жидкостного азотирования сталей.

1.3. Технологические возможности процесса азотирования позволяют создавать на металлах и сплавах поверхностные диффузионные слои, которые в сочетании с объемными свойствами материала придают изделиям комплекс механических и физико-химических свойств, определяющих их эксплуатационную надежность.

1.4. Выбор соответствующей марки стали, температурно-временного режима азотирования и состава насыщающей среды обеспечивает создание механических и физико-химических свойств диффузионного слоя. Это достигается за счет образования в поверхностном слое изделия высокоазотистых нитридных или карбонитридных фаз и диффузионной зоны внутреннего азотирования.

1.4.1. Нитридная (карбонитридная) зона оптимального состава и строения поверхности изделий обеспечивает им высокую коррозионную стойкость, износо- и задиростойкость.

1.4.2. Диффузионный слой с развитой зоной внутреннего азотирования способствует повышению пределов прочности и выносливости изделий.

1.4.3. Оптимизацию структуры, строения, плотности и размеров нитридной (карбонитридной) зоны и зоны внутреннего азотирования для данного материала осуществляют регулированием активности насыщающих сред и применением оптимальных режимов химико-термической обработки.

1.5. Эффект азотирования в значительной мере зависит от правильного проведения подготовительных и заключительных операций*.

________________

* Методы оценки показателей качества азотированного слоя (см. Рекомендации "Упрочнение стальных изделий химико-термической обработкой. Поверхностное насыщение углеродом и азотом. Методы оценки показателей качества". М., Изд-во стандартов, 1976, 63 с.).

1.5.1. Для получения требуемого комплекса физико-механических свойств поверхностного слоя и сердцевины перед азотированием изделия подвергают термической обработке. Температуру отпуска после закалки назначают на 20-30 °С выше температуры азотирования.

Примечание. Для некоторых сталей существует возможность совмещения режима отпуска (старения) с процессом азотирования.

1.5.2. С целью предотвращения снижения толщины диффузионного слоя и получения "пятнистой" твердости перед азотированием производят специальную подготовку поверхности изделий.

1.5.2.1. Поверхность изделий перед азотированием обезжиривают для удаления следов масла, эмульсии и т.п. электролитическим методом или промывают в различных растворителях, например, МЛ-51, МЛ-52 (ТУ 84-228-71), КМ-1 (ТУ 38-10706-76).

1.5.2.2. Коррозионно-стойкие стали перед азотированием подвергают травлению в водных растворах кислот для удаления окисной пленки. Для депассивации высокохромистых сталей применяют четыреххлористый углерод или хлористый аммоний.

1.5.2.3. Для местной защиты поверхности изделий от азотирования применяют: защитные обмазки; гальваническое покрытие оловом; химическое или гальваническое никелирование (для коррозионно-стойких сталей); метод окисления (для аустенитных высокомарганцовистых, дисперсионно-упрочненных сталей).

1.5.3. Азотирование - завершающая операция технологического процесса, после которой может следовать шлифование или доводка. При последующей механической обработке после азотирования возможно ухудшение качества изделий за счет частичного или неравномерного удаления поверхностных зон диффузионного слоя.

Классификация процессов азотирования

- перспективные процессы азотирования

_______________

* Процесс называется углеродоазотированием (РС 2256 СЭВ).

1.6. Процесс азотирования обеспечивает высокую точность изготовления изделий. После азотирования деформация изделий минимальна. Поэтому при выборе метода поверхностного упрочнения по критерию минимальной деформации предпочитают низкотемпературное азотирование другим методам химико-термической обработки.

2. СТАЛИ, ПОДВЕРГАЕМЫЕ АЗОТИРОВАНИЮ

2.1. Назначение изделия, условия эксплуатации, а также цель, с которой проводится процесс поверхностного упрочнения, определяют выбор конкретной азотируемой стали.

2.2. Процессу азотирования подвергают в принципе все стали, используемые в машиностроении.

Примечание. Не рекомендуется подвергать азотированию стали с высоким содержанием никеля (более 20%).

2.3. Выбранные стали должны обеспечивать работоспособность изделия в целом как поверхности, так и сердцевины. В первом случае это достигают оптимальными технологическими режимами азотирования, во втором - термической обработкой изделия перед азотированием.

3. ВЫБОР НАСЫЩАЮЩИХ СРЕД
ДЛЯ ГАЗОВОГО И ЖИДКОСТНОГО АЗОТИРОВАНИЯ

3.1. Идентичное строение и состав диффузионного слоя, а следовательно, и комплекс физико-механических свойств изделий получают как при газовом, так и при жидкостном азотировании.

3.2. Основными критериями выбора насыщающих сред азотирования являются:

химический состав стали;

назначение применяемого метода;

возможность управления технологическим процессом;

обеспечение непрерывности технологического процесса;

экономичность метода;

обеспечение безопасности обслуживающего персонала и охраны окружающей среды.

3.3. Состав насыщающей среды должен обеспечивать получение диффузионного слоя оптимального состава и строения, определяющего работоспособность изделий в требуемых условиях эксплуатации.

3.4. Регулирование технологического процесса обеспечивает стабильность его протекания, воспроизводимость и получение диффузионного слоя требуемого состава и строения.

4. ГАЗОВОЕ АЗОТИРОВАНИЕ

4.1. Газовое азотирование применяют для поверхностного упрочнения углеродистых и легированных конструкционных сталей и сплавов, нитраллоев для получения высокой поверхностной твердости, сохраняющейся при длительном нагреве. При газовом азотировании толщина диффузионного слоя достигает 0,5 мм.

4.2. Процесс газового азотирования позволяет осуществить регулирование процесса насыщения для получения диффузионного слоя оптимального состава и строения, непрерывность процесса азотирования изделий массового производства и обеспечение безопасности труда.

4.3. Газовое азотирование проводят в печах различной конструкции периодического и непрерывного действия - шахтных, камерных, толкательных и конвейерных. Основные типы печей приведены в справочном приложении.

4.4. Температуру азотирования выбирают в зависимости от химического состава азотируемой стали, требуемой твердости поверхности, конструктивной жесткости изделий и установленного допуска на величину деформации при азотировании. Чем выше температура азотирования, тем, при прочих равных условиях, больше толщина слоя, ниже твердость поверхности и больше деформация.

4.5. Для сокращения длительности азотирования используют двухступенчатый режим. В этом случае твердость поверхности несколько ниже, чем при азотировании с постоянной температурой, а деформация несколько больше.

4.6. В качестве насыщающей среды для газового азотирования используют:

аммиак;

аммиак, разбавленный азотом (водородом, инертным газом, продуктами диссоциации аммиака);

аммиак с добавлением углеродосодержащих газов (природный газ, эндогаз, экзогаз, продукты пиролиза триэтаноламина, синтина, керосина и др.);

аммиак с добавлением серосодержащих веществ.

4.7. Азотирование в аммиаке

4.7.1. Азотирование в аммиаке (ГОСТ 6221-75) применяют для упрочнения изделий из среднеуглеродистых сталей, работающих на износ в условиях знакопеременных нагрузок, а также для повышения стойкости режущего инструмента (сверл, метчиков, накатников и др.). Режимы азотирования наиболее распространенных сталей приведены в табл.1-4.

Таблица 1

     
Режимы азотирования конструкционных сталей в среде аммиака