Азотирование, насыщение поверхности металлических деталей азотом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости, предела усталости и коррозионной стойкости. Азотирование подвергают сталь, титан, некоторые сплавы, наиболее часто — легированные стали, особенно хромоалюминиевые, а также сталь, содержащую ванадий и молибден.

Макроструктура азотированного слоя железа при 650°C (увеличено в 500 раз).

  Азотирование стали происходит при t 500—650 °С в среде аммиака. Выше 400 °С начинается диссоциация аммиака по реакции NH₃®3H + N. Образовавшийся атомарный азот диффундирует в металл, образуя азотистые фазы. При температуре Азотирование ниже 591 °С азотированный слой состоит из трёх фаз (рис.): e — нитрида Fe₂N, g' — нитрида Fe₄N, a — азотистого феррита, содержащего около 0,01% азота при комнатной температуре. При температуре Азотирование 600—650° С возможно образование ещё и g-фазы, которая в результате медленного охлаждения распадается при 591°C на эвтектоид a + g¹. Твёрдость азотированного слоя увеличивается до HV = 1200 (соответствует 12 Гн/м²) и сохраняется при повторных нагревах до 500—600°C, что обеспечивает высокую износоустойчивость деталей при повышенных температурах. Азотированные стали значительно превосходят по износоустойчивости цементированные и закалённые стали. Азотирование — длительный процесс, для получения слоя толщиной 0,2—0,4 мм требуется 20—50 ч. Повышение температуры ускоряет процесс, но снижает твёрдость слоя. Для защиты мест, не подлежащих Азотирование, применяются лужение (для конструкционных сталей) и никелирование (для нержавеющих и жаропрочных сталей). Для уменьшения хрупкости слоя Азотирование жаропрочных сталей иногда ведут в смеси аммиака и азота.

  Азотирование титановых сплавов проводится при 850—950 °С в азоте высокой чистоты (Азотирование в аммиаке не применяется из-за увеличения хрупкости металла).

  При Азотирование образуется верхний тонкий нитридный слой и твёрдый раствор азота в a-титане. Глубина слоя за 30 ч —  0,08 мм с поверхностной твёрдостью HV = 800—850 (соответствует 8—8,5 Гн/м²). Введение в сплав некоторых легирующих элементов (Al до 3%, Zr 3—5% и др.) повышает скорость диффузии азота, увеличивая глубину азотированного слоя, а хром уменьшает скорость диффузии. Азотирование титановых сплавов в разреженном азоте [100—10 н/м² (1—0,1 мм рт ст.)] позволяет получать более глубокий слой без хрупкой нитридной зоны.

  Азотирование широко применяют в промышленности, в том числе для деталей, работающих при t до 500—600 °С (гильз цилиндров, коленчатых валов, шестерён, золотниковых пар, деталей топливной аппаратуры и др.).

 

  Лит.: Минкевич Азотирование Н., Химико-термическая обработка металлов и сплавов, 2 изд., М., 1965: Гуляев Азотирование П..Металловедение, 4 изд., М., 1966.

  Д. И. Браславский.