Azotowanie Stali – Co musisz wiedzieć?

Azotowanie stali to proces, który ma ogromne znaczenie w przemyśle, choć nierzadko pozostaje w cieniu bardziej znanych technik obróbki materiałów. Jednak jego wpływ na trwałość i wydajność stali jest trudny do przecenienia. W tym artykule odkryjemy proces azotowania stali, dowiedzmy się, jakie korzyści niesie ze sobą ten proces, zrozumiejmy, dlaczego jest niezastąpiony w wielu zastosowaniach przemysłowych, a także przeanalizujemy kwestię cenową

Co to znaczy azotowanie stali?

Azotowanie to proces obróbki stali, który ma na celu wzbogacenie jej powierzchni azotem. W wyniku tego procesu zachodzą reakcje chemiczne między azotem a stalą, co prowadzi do utwardzenia oraz poprawy innych właściwości materiału. Istnieje kilka różnych metod azotowania, z których każda ma swoje unikalne cechy.

Azotowanie jest szeroko stosowane w przemyśle, zwłaszcza w produkcji narzędzi, łożysk, elementów maszyn i innych komponentów, które wymagają wysokiej wytrzymałości i odporności na korozję. Dlatego jest to ważny proces w inżynierii materiałowej i produkcji przemysłowej.

Rodzaje azotowania

• Azotowanie gazowe: Ten proces polega na nasycaniu stali azotem w warunkach gazowych. Zazwyczaj wykorzystuje się amoniak jako źródło azotu. Stal jest umieszczana w specjalnych piecach, gdzie azot przenika przez powierzchnię materiału. Rezultatem jest powierzchniowe utwardzenie stali poprzez powstawanie twardych azotków.
• Azotowanie plazmowe: W tej metodzie azot jest dostarczany w postaci plazmy, co oznacza, że jest w stanie gazowym o bardzo wysokiej temperaturze. Proces ten ma niskociśnieniowy charakter i może być używany do obróbki cieplno-chemicznej stali przy użyciu mieszanki azotu i wodoru. Opcjonalnie do procesu można dodać węgiel.
• Azotowanie w złożach fluidalnych: Ten proces jest nazywany również kąpielą solną. Stal jest zanurzana w roztworze soli azotanowych. To rozwiązanie przedłuża żywotność stali i zwiększa jej odporność na korozję po obróbce chłodzącym utlenianiu.
• Azotowanie w proszkach: W tej metodzie azotowanie wykorzystuje proszki zawierające azot. Stal i proszki są poddawane działaniu wysokich temperatur, co pozwala na nasycenie stali azotem. Czas trwania procesu zależy od rodzaju stali i rodzaju obrabianego przedmiotu.
• Azotowanie jonowe: Jest to nowoczesna metoda azotowania, w której wykorzystuje się azot i wodór. Ten proces jest bardziej przyjazny dla środowiska, ponieważ nie wywiera negatywnego wpływu na otoczenie.

Każda z tych metod ma swoje własne zastosowania i zalety, co pozwala na dostosowanie procesu azotowania do konkretnych potrzeb i oczekiwań dotyczących stali i jej właściwości.

Jak przebiega proces azotowania?

Istnieje kilka różnych technik azotowania, ale ogólny przebieg procesu może być podzielony na kilka kroków:

1. Przygotowanie stali: Przed rozpoczęciem procesu stali należy dokładnie oczyścić, usuwając wszelkie zanieczyszczenia i substancje powierzchniowe. Stal jest również często polerowana lub szlifowana, aby uzyskać jednolitą powierzchnię.
2. Nagrzewanie: Stal jest podgrzewana do odpowiedniej temperatury, która zazwyczaj wynosi od 500°C do 600°C , w zależności od rodzaju azotowania i pożądanych właściwości. Temperatura ta jest ściśle kontrolowana, aby zapewnić równomierne rozprowadzenie azotu.
3. Wprowadzenie azotu: Azot jest wprowadzany w określony sposób. W tradycyjnym azotowaniu gazowym stosuje się amoniak (NH3) jako źródło azotu. Amoniak rozkłada się w reakcji chemicznej, a azot przenika w głąb struktury stali. W przypadku azotowania plazmowego używa się mieszanki azotu i wodoru, a w azotowaniu w proszkach stosuje się specjalne proszki azotowe.
4. Obróbka cieplna: Po nasyceniu stali azotem, przeprowadza się obróbkę cieplną w kontrolowanych warunkach. Proces ten może obejmować utwardzanie, chłodzenie kontrolowane lub inne etapy obróbki termicznej w zależności od zamierzonych właściwości końcowych.
5. Chłodzenie i wygładzanie: Stal jest chłodzona i wygładzana, aby uzyskać pożądany wygląd i teksturę powierzchni. Często stosuje się oleje lub inne środki chłodzące.

Warto zaznaczyć, że parametry procesu azotowania mogą się różnić w zależności od konkretnego przypadku i rodzaju stali, która jest azotowana. Dlatego istotne jest dokładne dostosowanie procesu do indywidualnych potrzeb i wymagań.

Co daje azotowanie stali?

Azotowanie stali to w głównej mierze zwiększona twardość i wytrzymałość na zmęczenie.

• Zwiększona twardość: Azotowanie stali powoduje zwiększenie jej twardości, co jest szczególnie przydatne w przypadku narzędzi i elementów, które muszą być odporne na zużycie i ścieranie.
• Poprawiona odporność na korozję: Azotowana stal ma zwiększoną odporność na korozję, co oznacza, że jest bardziej trwała w warunkach, gdzie może występować wilgoć, kwasy lub sole chemiczne.
• Zwiększona wytrzymałość na zmęczenie: Azotowana stal ma również zwiększoną wytrzymałość na zmęczenie, co oznacza, że może wytrzymać większe obciążenia dynamiczne, takie jak cykliczne naprężenia.
• Poprawiona wytrzymałość na ścieranie: Azotowana stal jest bardziej odporne na ścieranie, co jest ważne w przypadku elementów narażonych na tarcie i zużycie.
• Poprawiona odporność na zużycie adhezyjne: Azotowanie zmniejsza ryzyko adhezji, co oznacza, że materiał jest mniej podatny na przywieranie do innych powierzchni podczas kontaktu.

Proces azotowania odgrywa istotną rolę w poprawie wytrzymałości stali.

Ile trwa proces azotowania?

Azotowanie to proces długotrwały, jego czas trwania to od 10 do 100 godzin, w zależności od rodzaju stali, metody azotowania i pożądanych właściwości. Długi czas trwania procesu jest konieczny, aby azot mógł głęboko przeniknąć do struktury stali, co prowadzi do zwiększenia jej twardości i odporności na ścieranie.

Jaka twardość uzyskuje się po azotowaniu?

Twardość uzyskiwana po azotowaniu zależy od wielu czynników, takich jak rodzaj stali, temperatura procesu, czas trwania procesu i rodzaj azotowania.

Ogólnie rzecz biorąc, twardość po azotowaniu może wynosić od 800 HV do nawet ponad 1200 HV (Vickers).

Wartości te są orientacyjne, ponieważ rzeczywista twardość będzie zależała od konkretnych warunków procesu.

Przykładowo, azotowanie gazowe niskotemperaturowe (np. azotowanie jonowe) może prowadzić do twardości w zakresie 800-1000 HV. W przypadku azotowania plazmowego, twardość może być wyższa i wynosić około 1000-1200 HV.

Wzór Vickersa na twardość materiału jest obliczany za pomocą następującego równania:

• HV=1.854⋅Fd2HV=d21.854⋅F​

Gdzie:

• HVHV to twardość Vickersa.
• FF to siła nacisku w kilogramach-sile (kgf).
• dd to średnia długość przekątnych wcięcia w milimetrach (mm).

Wartość 1.854 w równaniu to stała kalibracyjna i nie zmienia się. Siła nacisku jest kontrolowana przez urządzenie pomiarowe, podczas gdy długość przekątnych jest mierzona po wykonaniu wcięcia na próbce.

Wartość twardości Vickersa (HV) jest bezwymiarowa i jest wyrażana w jednostkach HV.

Ten wzór umożliwia obliczenie twardości materiału na podstawie wymierzonych parametrów wcięcia. Jest to przydatne narzędzie do określania twardości różnych rodzajów materiałów, w tym stali, metali, ceramiki i innych substancji.

Ile kosztuje azotowanie stali?

Koszt azotowania stali może zróżnicować się w zależności od rodzaju usługi oraz ilości materiału, który ma być azotowany. Poniżej przykładowe ceny dla azotowania gazowego znalezione w internecie:

• Cena usługi od 6 zł za kg – przy minimalnym zamówieniu 250 kg i objętości fi 620 mm i h 1000 mm.
• Cena detaliczna: 1-9,9 kg – 10 zł/kg, 10-99 kg – 9 zł/kg, 100-199 kg – 8 zł/kg, 200-249 kg – 7 zł/kg.

Jeśli oczekujesz większych konkretów na temat cen skontaktuj się z lokalną firmą zajmującą się azotowaniem stali.