Азотуванням називають процес дифузійного насичення поверхневого шару сталі азотом. Вперше був здійснений в 1913 р. М.П. Чижевським.
Азотування проводять для підвищення твердості, стійкості до зношення, границі витривалості і корозійної стійкості стальних виробів. Його перевагами перед цементацією є:
1) вища твердість азотованого шару(до1200HV);
2) вища теплостійкість азотованого шару – його твердість зберігається до 450...500 0С;
3) вища корозійна стійкість азотованого шару.
Азотування проводять у герметичних камерах при температурі 500...600 0С, в які з певною швидкістю подається аміак. Аміак при цьому розкладається за реакцією:
NH3→Nат+3/2Н2. (8.11)
Атомарний азот абсорбується поверхнею стальних деталей і дифундує вглиб металу.
У системі Fe – N можливо утворення таких фаз:
ε–фаза – твердий розчин азоту на базі нітриду Fе3N;
γ–фаза – твердий розчин на базі нітриду Fe4N;
α-азотистий ферит з максимальним вмістом 0,42% N при 590 0С і 0,01% N при 20 0С;
γ-фаза – азотистий аустеніт, який при температурі 590 0С розкладається на евтектоїдну суміш α+γ'.
Структура азотованого шару складається із механічної суміші твердих розчинів на основі нітридів Fe4N і Fe3N. Під цим шаром розміщується азотистий ферит. При наявності в сталі легуючих елементів азот також утворює нітриди: CrN, Cr2N, Mo2N, MnN, TiN, AlN, VN. Утворення дисперсних нітридів легуючих елементів перешкоджає руху дислокацій і внаслідок цього підвищують твердість азотованого шару. Найбільш сильно підвищують твердість азотованого шару алюміній, хром, молібден, ванадій. Тому, при необхідності забезпечення високої твердості і стійкості до зношення азотованої деталі, для її виготовлення застосовують середньовуглецеву сталь 38Х2МЮА. Одночасна присутність в даній сталі хрому, молібдену і алюмінію забезпечує твердість після азотування до 1200 HV. Молібден також усуває відпускну крихкість, яка може виникати при повільному охолодженні від температури азотування.
Азотування – дуже повільний процес, який триває, звичайно, до 60 год. Для прискорення процесу застосовують ступінчасте азотування, іонне азотування, азотування в рідких середовищах складу 40 % КСNO + 60 % NaCN (теніфер-процес) тощо.
Азотують циліндри двигунів, насосів, шестерні, копіри верстатів, втулки, клапани двигунів внутрішнього згоряння, матриці і пуансони штампів. Недоліком азотування є крихкість азотованого шару.