ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c.

ul. Twardosławicka 101
97-300 Piotrków Trybunalski

  zmz@zmzcnc.com
  +48 606 934 054

Azotowanie metali

Obróbka metali poza typowo mechaniczną obejmuje również różnorodne sposoby zabezpieczania powierzchni. Zaliczymy do nich także metody obróbki cieplnej, dzięki którym metale mogą mieć wiele zastosowań. Jedną z metod termochemicznej obróbki metali  jest azotowanie. Zewnętrzna powierzchnia metalu zostaje utwardzona, poprzez dodanie do niej azotu.  

Spis treści:

  1. Co to jest azotowanie?
  2. Kiedy można zastosować azotowanie?
  3. Azotowanie i jego atuty
  4. Rodzaje azotowania

Co to jest azotowanie?

Azotowanie to proces utwardzania powierzchniowego, który zachodzi poprzez dodanie azotu do zewnętrznej powierzchni metalu. Łączy się on z żelazem i innymi pierwiastkami stopowymi w składzie metalu, tworząc twarde azotki metali. Azotowanie działa tylko do określonej głębokości zwykle od 200–300 µm do nawet 2mm. Końcowa grubość warstwy zewnętrznej zależy od czasu trwania ekspozycji, temperatury azotowania, przepływu gazu itp. W efekcie azotowania powstaje warstwa złożona, składająca się z warstwy białej zewnętrznej, pod którą znajduje się strefa dyfuzyjna zbudowana z zaabsorbowanego azotu oraz wytrącających się twardych azotków. Azotowanie przeprowadza się w temperaturach niższych od temperatury austenityzowania stali. Tworzenie austenitu rozpoczyna się w temperaturze 727°C w przypadku zwykłej stali węglowej, ale różni się w przypadku stali stopowych w zależności od składu. Zatem azotowanie przeprowadza się w temperaturze między 500 a 550°C i do maksymalnej temperatury 620°C. Proces azotowania może trwać od 4 do maksymalnie 100 godzin, gdyż po 100 godzinach grubość warstwy wzrasta tak wolno, że proces staje się niewykonalny.

Kiedy można zastosować azotowanie?

Azotowanie nie jest stosowane w przypadku wszystkich rodzajów stali. Można je wprawdzie zastosować do zwykłej stali węglowej, ale ogólnie jest preferowane do stali stopowych o niskiej zawartości węgla. Zawierają one pierwiastki tworzące azotki, takie jak aluminium, molibden i chrom. Oprócz stali azotowanie daje również dobre rezultaty w przypadku stopów tytanu, molibdenu i aluminium.

Azotowanie i jego atuty

W porównaniu do innych procesów utwardzania węgla, jak np. nawęglanie, azotowanie zapewnia szereg korzyści, takich jak:

  • niższa temperatura procesu niż w przypadku choćby nawęglania, dzięki czemu azotowane detale ulegają mniejszym zniekształceniom i deformacjom oraz zapewniają bardzo dobrą kontrolę wymiarową,
  • wysoka twardość powierzchniowa w połączeniu z plastycznym rdzeniem zapewnia odporną na zużycie powierzchnię a przy tym środek wytrzymały na obciążenia udarowe znacznie lepiej niż twardy materiał. Dodatkowo detale te można również zastosować tam, gdzie będą narażone na działanie materiałów ściernych lub tarcia, bez obawy o nagłą awarię pod dużymi obciążeniami,
  • zwiększona odporność na korozję niektórych stali, gdyż osadzona twarda warstwa azotku zapobiega tworzeniu się wżerów, które ostatecznie mogłyby powodować korozję w nieobrobionej części. Do zapewnienia maksymalnej odporności na korozję biała warstwa uzyskana w procesie azotowania musi pozostać nienaruszona, choć w przypadku niektórych rodzajów stali azotowanie paradoksalnie może przyśpieszyć korozję,
  • właściwości przeciw zatarciu, które może pojawić się w wyniku zużycia adhezyjnego między metalami podczas kontaktu ślizgowego,
  • wzrost trwałości zmęczeniowej części stalowych od 30 do 100 procent,
  • odporność na zmiękczanie w wyższych temperaturach, co jest powszechne w przypadku choćby nawęglania, a dzięki azotowaniu można uniknąć utraty twardości powierzchni.

Rodzaje azotowania

Azotowanie gazowe inaczej zwane amoniakalnym polega na tym, że nagrzaną część metalową poddaje się  działaniu bezwodnego gazowego amoniaku w piecu. Wraz ze wzrostem temperatury amoniak rozkłada się na azot i wodór. Azot ulega dyfuzji w powietrzu, tworząc wyjątkowo twardą warstwę azotku na powierzchni metalu. Azotowanie gazowe jest bardziej ekonomiczne niż inne metody, szczególnie w porównaniu do plazmowego, ale zajmuje dużo czasu. Czasami nawet do 80 godzin. Metoda ta jest stosowana do dużych partii detali. Proces może być ograniczony jedynie wielkością pieca i przepływem gazu. Ze względu na niski koszt sprzętu metoda ta jest wszechstronnie stosowana. Ma jednak swoje wady jak np. duży wpływ stanu powierzchni na kinetykę reakcji. W przypadku, gdy powierzchnia będzie zaolejona efekt końcowy nie będzie satysfakcjonujący. Ponieważ środkiem azotującym jest amoniak i choć nie jest on szczególnie toksyczny, to jednak może być szkodliwy w przypadku wdychania w dużych ilościach. Dodatkowo należy zachować ostrożność podczas ogrzewania w obecności tlenu, aby zmniejszyć ryzyko wybuchu.

Azotowanie w kąpieli solnej polega na tym, że materiał umieszcza się w ciekłej kąpieli zawierającej sól na bazie azotu np. sól cyjankową. Wraz ze wzrostem temperatury azot z soli przedostaje się na powierzchnię części. Sól może czasami zawierać również węgiel, co powoduje że nie do końca jest to proces azotowania, a bardziej azotonawęglania. Azotowanie w kąpieli solnej pozwala na większą dyfuzję azotu do części, niż azotowanie gazowe przeprowadzone w tym samym czasie. Jest to proces stosunkowo prosty i szybszy niż inne metody, gdyż trwa z reguły ok. 4 godzin. Stosowany w produkcji wałów korbowych, kół zębatych, narzędzi i matryc. Ta metoda ma również swoje wady, gdyż stosowane sole są wysoce toksyczne, a ich utylizacja jest niezwykle rygorystycznie kontrolowana w krajach zachodnich. To wiąże się z wysokimi kosztami i to jest jeden z najważniejszych powodów, dla których proces ten stracił na popularności w ostatnich latach.

Azotowanie plazmowe inaczej zwane jonowym, wykorzystuje jonizację do osadzania azotu w części metalowej. Czysty azot gazowy ulega jonizacji w otoczeniu metalowego podłoża poprzez wytworzenie silnych pól elektrycznych. Jony azotu dyfundują do powierzchni podłoża i tworzą twarde azotki metali. Proces polega na jonizacji gazowego azotu i nie wymaga bardzo wysokich temperatur. Zupełnie wystarczające są te na poziomie ok. 260°C, ale mogą być zastosowane nawet do 600°C. Plazma może być więc gorąca lub zimna. Zimna plazma jest wytwarzana za pomocą lamp próżniowych. Ten typ azotowania jest powszechnie stosowany do utwardzania austenitycznej stali nierdzewnej, jak i do produkcji instrumentów medycznych, chirurgicznych, części samochodowych i materiałów budowlanych. Część azotowana plazmowo jest zwykle gotowa do użycia i nie wymaga dalszej obróbki mechanicznej, polerowania, ani innych operacji wykończeniowych.

ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c. - obróbka CNC, usługi frezowania CNC

© 2024 All rights Reserved. Designed and powered by ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c.

Projekt graficzny: Magdalena Mirowska, Zdjęcia: Agnieszka Seklecka

This site is registered on wpml.org as a development site. Switch to a production site key to remove this banner.