Техника - молодёжи 1944-10-11, страница 15

В. ПРОСВИРИН, джтор технических наук

Долгое ерем-» сред* металлургов гоо полствсвало убеждение, что .присутствие азота в стали всегда понижает качество металла. Поэтому при выплавке стали принимали меры к тому, чтобы азот вовсе -не попал <э металл или был удалей оттуда в процессе обработки.

Уберечь сталь от проникновения азота очень трудно,- При получении чугуна из руды а домнах, при выплавке стали в электрических, мартеновские или бессемеровских печах- — всюду расплавленный металл соприкасается; с воздухом и жадно поглощает из него азот.

Однако постепенно накапливались данные, заставившие 'металлургов пересмотреть свое отношение к азоту. Б простых углеродистых сталях, не подвергаемых специальной! термической обработке, примесь аеота действительно увеличивает хрупкость и уменьшает вязкость метала. Однако при изготовлении специальных сталей азот не только не оказывает вредного влияния, .но может даже быть использован для улучшения свойств металла.

В¹ течение последних 20—25 лет для улучшения качества стальных изделий были разработаны химнко-термические приемы обработки, основанные на ее» пользований азота, Эт приемы получили название азотирования, цианирования, шгтроцементаци'и. Суть их заключается в том, что изделия нагревают в атмосфере аммиака или в расплавленных ядовитых цианистых солях, которые содержат азот. При этом поверхность изделия насыщается азотом, проникающим, или, как говорят, диффундирующим, в сталь на • небольшую глубину.

Поверхность изделий, подвергнутых такой обработке, приобретает очень высокую твердость и исключительную износоустойчивость.

В 1930 году, американцы попробовали вводить азот -в жароупорные хромистые стали уже не с целью повышения, их твердости, а для. того, чтобы воздействовать на другие их свойства; Азот 'вводили в этом случае не в готовое изделие, а ш время тдавки „стат В противоположность углеродистым сталям высокохромистые стали становились при этом менее хрупкими и более вязкими. Оказалось, что ■& ряде случаев дорого, стоящий никель, добавляемый в хромистые стали, может быть заменен азотом без снижения- кх> жароупорных свойств. Советские исследователи пошли еще дальше и предложили добавлять азот также и в инструментальные быстроре-wvntw стали, заменяя им такие дефи-Сытные элементы,- как "Вольфрам, ванадий, молибден и др. В настоящее время в Центральном научно-исследовательском институте технологии машиностроения (I ШИИТ МАШ) под руководством автора этой статьи разрабатывается новая технология выплавки стали. Нам удалось установить, что введение 0,1—0,2 процента азота -в стандартные марки быстрорежущих сталей при л лав. ке позволяет в 2—3 раза и больше дасить стойкость инстоумента, изготовленного из этил сталей.

Каким же образом азот может окшы«

вать то вредное, то шлежшелштое влияние на свойства стали? Чтобы -понять сложный механизм воздействия азота на качество металла, нам надо познакомиться со свойствами тех сосдк* нений, которые образует азот, попадая в сталь.

С железом и другими металлами, входящими ь состав стали, азот образует химические соединения — нитриды.

При нагревании до высоких температур все нитриды разлагаются, на металл и азот. Но нитриды- хрома, титана и некоторых других- металлов прочны, и их разложение совершается при очень высоких температурах. Другие нитриды, и к ним принадлежат нитриды железа, менее устойчивы п -распадаются при более низких температурах_л Кроме того, нитриды железа имеют и низкую механическую прочность.

Во время работы металлообрабатывающих станков режущая кромка- инструмента сильно нагревается и испытывает большое давление. Сталь, идущая? на изготовление инструментов, должна быть поэтому «красноустойчйвой», то есть обладать способностью сохранять высокую твердость при длительных нагревах до 600—650 градусов. Но в изделиях из углеродистой стали азот соединен с железом. А так как нитриды железа, как мы* знаем, неустойчивы¹ и непрочны, то во многих- случаях изделия из углеродистых сталей, содержащих азот, оказываются с пониженными меха няческшдо свойствами.

Вот почему до тех- пор, пока % основе сталелитейной' промышленности лежало производство углеродистых сталей, азот считался злейшим Ерагом металлургии. С появлением же специальных- легированных сталей, в состав которых входят хром, кремний и другие добавки, образующие с азотом прочные нитриды, положение изменилось, и введение азота в металл стало выгодным. Наши исследования; доказали, однако, что и» -в обычных углеродистых сталях, не .содержащих легирующих добавок, азот может быть превращен, из врага в помощника металлурга.

Дело в том, что азот, попадающий в сталь,: может находиться там не только в вше химических соединений, нитридов, — он,- кроме того, растворяется ъ твердом металле: его атомы равномерно

распределяются при этом между атомами Железа. Наконец, при большом содержании азота в стали он образует в толще металла газовые пузыри/

Нам удалось показать, что если сталь подвергнуть нагреву и закалить ее быстрым охлаждением, нитриды железа разрушатся, и азот образует твердый раствор, благодаря чему хрупкость ме. талла резко снизится. Более того, растворенный азот препятствует быстром> передвижению атомов железа » углерода, или, как говорят, препятствует диффузии, Поэтому при застывании стали в ней нё может образоваться крупных кристаллов или зерен. Получается «мелкозернистая» сталь, обладающая высокими механическими, свойствами ц большой красностойкостью.

Вел почему легирующие металлы, повышающие прочность стали, оказалось возможным заменить азотом. Вот почему простая углеродистая сталь, насыщенная азотом, приобретает новые возможности для применения. Практически уже сейчас «вредоносный» азот стал наряду и в сочетании с хромом, вольфрамом, и кремнием элементом,, создающим из мягкого железа качественную сталь.

Облагораживание стали азотом может быть достигнуто продувкой, азота или аммиака через расплавленный металл, применением азотистых ферросплавов в качестве лигатур, посредством введения стальной стружки, предварительно насыщенной азотом, и плавкой стали под слоем солей, в состав которых "входит азот.

Легирование, стали добавлением' азотированной стружки той же марки стали заслуживает особого внимания. Этот способ, разработанный в ЦНИИТМАШе, рекомендуется для машиностроительных заводов, где выплавка быстрорежущих сталей производится ^:в' не очень больших количествах и изготовление азотистой лигатуры из стружек не встречает никаких* затруднений/Этот способ позволяет полностью утилизировать стружку.

Количество азота, которое может удерживаться в стали после ее затвердевания, ограничено. Лучше всего азот удерживается ^ хромистых сталях. Удержанию азота в стал» способствуют и такие элементы, как вс лфрам, ванадий, молибден и кремний. Все эти элементы образуют довольно прочные нитриды. Наилучшее содержание азота в быстрорежущих сталях около 0,1—А2 процента. При большем содержании азота он может образовать <в металле пузыри, присутствие которых очень вредно отражается на стойкости и других свойствах стальных изделий.

Самой существенной проверкой качества быстрорежущей стали является испытание ее режущиж свойств на пр&к-тике. На основание лабораторных и про-даводственвьш испытаний мы убедились, что инструменты пз азотистых быстрорежущих сталей обладают в 2—3 раза большей стойкостью, чем; инструменты, изготовленные из сталей без азота.

После закалки высокой температурой инф- строение — более мелкозернисще, ста обладает лучшими

сталь, содержащая азот, приобретает ч<ем безазотистая сталь, Мелкозернистая механическими свойствами.