Поверхностное азотирование стали

Представляя собой один из востребованных способов поверхностного упрочнения металлических деталей, азотирование стали способствует увеличению твёрдости, предела усталости, устойчивости к износу и коррозии. Оно не требует дополнительной термообработки деталей, поэтому этот процесс является необходимым при производстве деталей для горнодобывающего и бурового оборудования, и в других отраслях.

Технологический процесс

Бурильная труба и составные элементы подвергаются абразивному воздействию о стенки скважины или обсадную колонну. Для повышения ресурса работы труб, бурового замка 3-50 и других деталей применяют нанесение на их поверхность упрочняющих покрытий.

Процесс осуществляется при температуре 500-600 0С в герметично закрытом контейнере, который устанавливается в печь, разогреваемую до соответствующей температуры. Туда же под давлением поступает аммиак, распадающийся под воздействием высоких температур на водород и атомарный азот. Он проникает в поверхностный слой металла, образуя нитриды с алюминием, хромом, молибденом, входящими в состав сплава и имеющими высокую степень твердости. По окончании происходит охлаждение печи вместе с аммиаком. Обеспечивается технологичное и экологически безопасное упрочнение резьбовой поверхности бурового замка 3-42 и других элементов. Образующаяся толщина нитридного слоя составляет 0,3-0,6 мм, что позволяет исключить термообработку для повышения прочности.

Технические параметры материалов

Для обработки применяются легированные стали 40ХН ГОСТ 4543, 36Г2С ГОСТ 7909-56, а также детали, изготовленные из коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей, работающих в условиях постоянного трения и высоких температур. Для повышения коррозионной стойкости покрытию могут подвергаться детали из углеродистых сталей.

После выполнения технологической операции металл имеет следующие показатели твердости:

• углеродистая сталь 200-250 HV;
• легированная сталь 600-800 HV;
• сталь с содержанием алюминия, хрома, молибдена от 1200 HV и выше.

Преимущества азотирования

Основными способами повышения износостойкости являются цементация, нитроцементация, азотирование, занимающее лидирующие позиции. Использование сталей, упрочняемых при азотировании, обеспечивает такие преимущества:

• поверхность муфты М-50 и других деталей приобретает повышенную твердость и стойкость, сохраняющиеся при температуре 550-600 0С. При цементации твердость сохраняется при температуре не более 200-250 0С;
• повышается стойкость стали к образованию коррозии;
• не требуется проведение закалки, температура процесса на 350-400 0С ниже, чем при цементации. Показатель коробления деталей меньше;
• размерные величины деталей практически не изменяются.

Увеличение долговечности деталей горнодобывающего и бурового оборудования, благодаря применению азотирования, является актуальной задачей, решение которой позволяет повысить эффективность работы нефтяных и газовых компаний.