Azotowanie to proces nasycania warstwy wierzchniej wyrobu wnikającymi atomami azotu najczęściej w strumieniu dysocjującego amoniaku. Nasycanie przeprowadzane jest przy podwyższonych temperaturach przez dłuższy okres czasu ujęty odpowiednio dla każdego gatunku stali i wyrobu.

Stal podczas całego zabiegu pełni rolę katalizatora przy rozkładzie amoniaku, a zanim dojdzie do połączenia drobin azotu, atomy wchłaniają się w powierzchnię wyrobu w przestrzeniach międzywęzłowych siatki przestrzennej tworząc dyspersyjne i twarde azotki. W ten sposób wyrób uzyskuje o wiele większą twardość warstwy wierzchniej w stosunku do stali do nawęglania, czy też stali do ulepszania cieplnego.

Stale do azotowania - charakterystyka i specyfikacja

Innymi zaletami stali do azotowania jest zwiększona odporność na ścieranie, wyższe własności ślizgowe utwardzonej powierzchni i podwyższona odporność na zmęczenie.

Stale do azotowania w stosunku do stali do nawęglania posiadają od 2 do nawet 4 razy wyższą twardość i odporność na ścieranie po nadaniu własności, a co za tym idzie niestety zwiększoną podatność na kruchość. Struktura wewnętrzna wyrobów narażona jest na częstsze występowanie pęknięć przy nieodpowiednich zastosowaniach.

W stalach przeznaczonych do azotowania odnotowano również zwiększenie odporności na korozję w środowiskach, gdzie występuje chlorek żelaza, woda morska, oleje płynne, przegrzana para wodna, para z powietrzem, oraz roztwory alkaliczne.

Stal do azotowania zazwyczaj występująca w stanie zmiękczonym najpierw poddawana jest procesowi ulepszania cieplnego po wykonaniu wstępnej obróbki skrawaniem i pocięciu wyrobów długich na krótsze elementy. Przed zabiegiem azotowania należy wyrób starannie oczyścić z rdzy, nalotów, olejów i tłuszczów, ostrych krawędzi powodujących kruchość materiału, pozbyć się odwęglonych powierzchni pozostawiając wyrób obrobiony praktycznie na gotowo.

Inne nierówności należy niwelować obróbką wiórową lub szlifowaniem a naprężenia przez odpuszczanie w temperaturze wyższej od temperatury azotowania. Należy również pamiętać, że elementy poddawane azotowaniu po przeprowadzeniu procesu nieznacznie mogą zwiększyć swoją objętość – ok. +0,02% dla powierzchni średnicy.

Zastosowanie i obróbka cieplna

Proces azotowania przeprowadzany jest zwykle w temperaturach rzędu 480-570℃. Im wyższa temperatura procesu, tym szybciej atomy azotu wnikają w powierzchnię stali. Przy zastosowaniu zbyt wysokiej temperatury azotowania, istnieje ryzyko odwrotnie proporcjonalnego spadku twardości wyrobu. Stale do azotowania zawierają najczęściej dodatki Aluminium – Al, Chromu – Cr, Molibdenu – Mo. Zdarzają się również stale z dodatkiem Wanadu oraz Tytanu. Prócz podstawowych gatunków – 38HJ, 38HMJ, 33H3MF, azotuje się również takie materiały jak 40H2MF czy też 35HM.

Stale do azotowania stosowane są na elementy i podzespoły silników, maszyn, pojazdów takie jak krzywki rozrządu, koła zębate, sworznie tłokowe, wały korbowe, cylindry silników, drągi tłokowe, rury i tuleje do azotowania, wrzeciona szlifierek i frezarek, płytki do zaworów, części armatury do pary przegrzanej, czopy korbowe, elementy pomp paliwowych silników diesla, tuleje i cylindry w maszynach pneumatycznych czy również popychacze.

Pręty i odkuwki ze stali do azotowania

Powyżej opisane stale do azotowania określają normy PN-72/H-84034, PN-89/H-84030.03 oraz wg euronormy PN-EN 10085, wg których dostarczane są:

Rury bezszwowe do azotowania wg PN-72/H-74250
Blachy walcowane do azotowania
Odkuwki i pręty swobodnie kute do azotowania wg PN-91/H-94011, EN 10250
Taśmy zimnowalcowane do azotowania wg PN-75/H-92335
Pręty walcowane do azotowania wg PN-75/H-93200, PN-55/H-93216, PN-55/H-93217, PN-72/H-93201, PN-EN 10059, PN-55/H-93218, PN-72/H-93202, PN-EN 10058,
Pręty o powierzchni jasnej do azotowania PN-72/H-93208, PN-86/H-93209, PN-85/H-93210, PN-EN 10278
Druty ciągnione do azotowania PN-72/H-93208, PN-85/H-93210, PN-EN 10278