Цианирование и нитроцементация

Технология азотирования

Процесс азотирования включает несколько последова­тельно выполняемых операций. Сначала проводят опера­цию улучшения, состоящую в закалке и высоком отпуске. Как правило, закалку проводят при температурах 800…850 °С с охлаждением в воде или масле. Отпуск проводят при температуре, превышающей температуру последую­щего азотирования. Структура стали после такого отпус­ка - сорбит. Применяют отпуск не только для устране­ния коробления, но и для получения твердости, допускающей обработку резанием. После улучшения проводят механическую обработку детали резанием и ее шлифова­ние для придания необходимых размеров.

На следую­щем этапе обработки участки, не подлежащие азотированию, защищают тонким слоем олова или жидкого стек­ла и лишь затем проводят азотирование в течение 24…96 ч. После азотирования осуществляют окончательное шлифование и доводку изделия.

Иногда для ускорения применяют двухступенчатый процесс; сначала азотируют при 500…520 °С, а затем при 540…600 °С.

Применение двухступенчатого азотирова­ния уменьшает длительность обработки, но не приводит к снижению твердости. Охлаждение деталей после азо­тирования проводят вместе с печью в потоке аммиака.

Значительное сокращение времени азотирования (в 2…3 раза) получается при азотировании в «тлеющем разряде», т. е. когда обрабатываемую деталь, находящу­юся в разреженной атмосфере, содержащей азот, под­ключают к отрицательному электроду - катоду. В каче­стве анода служит контейнер. Между катодом и анодом возникает тлеющий разряд. В рабочем пространстве уве­личивается концентрация атомарного азота, деталь на­гревается до температуры насыщения в результате бом­бардировки ионами газа.

Еще более быстрым является азотирование в жидких средах - расплавленных цианистых солях (тенифер-процесс).

Как и при газовом азотировании, так и при тенифер-процессе твердость азотированного слоя составляет 300…350 HV для углеродистых сталей, а для легирован­ных может меняться от 600 до 1100 HV. При жидкост­ном азотировании не происходит ни коробления деталей, ни заметного изменения их размеров. Недостатками это­го процесса являются токсичность и высокая стоимость цианистых солей.

Цианированием и нитроцементацией называют процесс одновременного насыщения поверхности изделия углеро­дом и азотом. Цель обоих процессов - одна: повысить твердость и износостойкость стальных изделий. Различие процессов - в способе насыщения и насыщающей среде. Цианирование проводят в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий. В отличие от описанного вы­ше тенифер-процесса, цианирование ведут при более вы­соких температурах (820…860 °С).

Цианированный слой содержит углерода меньше, чем цементованный (при­мерно 0,6…0,7 %), а азота в нем 0,8…1,2 %. Изделия после цианирования прямо из ванны подвергают закал­ке, а затем - низкому отпуску при 180…200 °С. Циани­рованный слой имеет большую по сравнению с цементированным износостойкость и более высокий предел вынос­ливости, его твердость 58…62 HRC.

Различают среднетемпературное цианирование (при 820…860 °С) и высокотемпературное (930…960 °С). При высокотемпературном цианировании получается более толстый слой и его применяют для более крупных дета­лей.

В отличие от цианирования - нитроцементацию проводят в смеси науглероживающего газа и аммиака. Важно, что при этом скорость диффузии углерода выше, чем при обычной цементации, несмотря на то, что тем­пература нитроцементации почти на 100°С ниже (850…860 °С). Установлено, что ускорение диффузии углерода вызвано присутствием азота.

После нитроцементации изделия закаливают либо прямо из печи, либо с подстуживанием до 800…825 °С. Иногда применяют ступенчатую закалку. После закалки всегда дают низкотемпературный отпуск (160…180 °С).

Структура нитроцементованного слоя состоит из мел­кокристаллического мартенсита, мелких, равномерно распределенных карбонитридов (25…30 %) и остаточно­го аустенита.

После закалки и отпуска твердость нитроцементован­ного слоя составляет 58…64 HRC (5700…6900 HV). Мак­симальная прочность получается при оптимальном соот­ношении содержаний углерода и азота в поверхностном слое. Причем его численное значение для разных марок может изменяться от 1,0 до 1,65.

Газовой нитроцементации подвергают детали слож­ной формы, склонные к короблению. Преимущества ме­тода нитроцементации по сравнению с газовой цемента­цией состоят в меньшей деформации и короблении дета­лей, что обусловлено меньшей длительностью процесса.

Нитроцементация имеет преимущества и перед цианированием, так как для ее проведения не требуется применения ядовитых солей, а также возможно более тонкое регулирование содержания углерода и азота в слое. В последнее время вместо тенифер-процесса рас­ширяется применение низкотемпературной нитроцементации (при 570 °С в течение 0,5…3 ч) в атмосфере, содер­жащей 50 % эндогаза (экзогаза) и 50 % аммиака. При низкотемпературной нитроцементации на поверхности образуется слой карбонитридов Fe₃(N,С), твердость ко­торого в легированных сталях достигает 5000…11000 HV.

Дата добавления: 2014-01-05