Выдержку в насыщенной среде и инертном газе
В инертной среде изделие выдерживают 20-40 мин (оптимальная выдержка) при температуре на 100-150 °С выше температуры азотирования. Такое повышение температуры наиболее целесообразно, так как повышается коэффициент диффузии в а-фазе примерно в 5-6 раз. При увеличении температуры более чем на 150 °С возможно снижение твердости диффузионного слоя. Указанной ранее выдержки при повышенной температуре в инертной среде достаточно, чтобы обеспечить увеличение (примерно в 2-2,5 раза) глубины азотированного слоя по сравнению со слоем, полученным после азотирования при температуре 580 °С без последующей выдержки в аргоне.
Выдержку в насыщенной среде и инертном газе последовательно повторяют 2-5 раз и заканчивают обработку в насыщающей атмосфере. При такой схеме процесса нитридная сетка, состоящая из у- и е-фаз, дробится. Это ведет к измельчению нитридов и увеличению интенсивности проникновения азота в раствор из насыщающей атмосферы.
Увеличение циклов выдержки до числа более 5 нецелесообразно, так как это не способствует существенному возрастанию глубины азотированного слоя.
Пример. Плоские образцы из стали 4Х3ВМФ обрабатывают в шахматной печи типа СШОЛ. В качестве насыщающей среды используют аммиак, в качестве инертной среды - аргон. Азотирование проводят при 580 °С с выдержкой 40 мин. Затем насыщающую среду заменяют аргоном и выдерживают образцы при 680 °С в течение 20 мин. Циклы выдержки в среде насыщающего и инертного газов повторяют 3 раза. Процесс заканчивают в насыщающей атмосфере. Образцы охлаждают вместе с печью до 200 °С. Общая длительность процесса составляет около 3,5 ч. Глубина диффузионного слоя равна 0,285 мм, твердость поверхности 950-1000 НУ.
Несмотря на достаточно высокие результаты, достигаемые при использовании приведенного способа газового азотирования инструментальных сталей, при этом способе не исключается возможность образования хрупкой е-фазы, которая даже в небольшом количестве резко тормозит диффузию азота и препятствует увеличению глубины упрочненного слоя.