Цианирование и нитроцементация

Цианированием называется процесс одновремен­ного насыщения поверхности деталей углеродом и азо­том.

На состав и свойства цианированного слоя особое влияние оказывает температура процесса. Повышение температуры цианирования ведет к увеличению содержа­ния углерода в слое, снижение температуры — к увеличе­нию содержания азота. Толщина цианированного слоя также зависит от температуры и продолжительности процесса.

Различают жидкое и газовое цианирование. Газовое цианирование еще называют нитроцементацией. Жидкое цианирование проводят в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий.

Цианирование при температурах 820—850°С позволя­ет осуществлять закалку непосредственно из ванны. Пос­ле закалки следует низкотемпературный отпуск.

Цианирование при температурах 820—850°С позво­ляет получать слои толщиной 0,15-0,35 мм за 30-90 мин. Для получения слоев большой толщины (0,5-2,0 мм) применяют глубокое цианирование при темпера­турах 900-950° С, длительность 1,5-6,0 ч. Глубокое цианирование имеет ряд преимуществ по сравнению с це­ментацией: меньше продолжительность процесса для по­лучения слоя заданной толщины; меньше деформация и коробление; более высокое сопротивление износу и по­вышенная усталостная прочность.

После цианирования деталь охлаждают на воздухе, повторно нагревают для закалки и проводят низкотемпе­ратурный отпуск. Такая обработка необходима в связи с тем, что при температурах цианирования (900—950° С) сильно вырастает зерно аустенита и необходим повтор­ный нагрев для его измельчения. Структура цианирован­ного слоя после закалки такая же, как после цементации.

Недостатком цианирования является ядовитость циа­нистых солей. Поэтому цианирование проводят в специально выделенных помещениях с соблюдением мер предосторожности.

Нитроцементацию осуществляют при температурах 840—860°С в газовой смеси из науглероживающего газа и аммиака. Продолжительность процесса зависит от глу­бины насыщаемого слоя и составляет 1 —10 ч. Толщина слоя колеблется от 0,1 до 1,0 мм.

После нитроцементации изделия подвергают закалке и низкотемпературному отпуску при температуре 160— 180° С.

Низкотемпературное цианирование осуществляется при температурах 540—560°С в расплавленных циани­стых слоях. Низкотемпературному цианированию подвергают инструмент из быстрорежущих сталей для повышения его стойкости при резании. В результате такой обработки об­разуется нитроцементованный слой толщиной 0,02—0,04 мм. Длительность процес­са 1 —1,5 ч.

Азотирование

Азотированием называется процесс насыщения поверхности стали азотом. Процесс осуществляется в среде аммиака при температуре 480—650° С. При этих температурах выделяется атомарный азот, который диффундирует в поверхностные слои детали.

Для азотирования применяют среднеуглеродистые легированные стали. При азотировании легированных сталей азот образу­ет с легирующими элементами устойчивые нитриды, ко­торые придают азотированному слою высокую твердость.

Перед азотированием детали подвергают термиче­ской обработке, состоящей из закалки и высокотемпературного отпуска. Затем производят механи­ческую обработку, придающую окончательные размеры изделию.

Участки, не подлежащие азотированию, защищают тонким слоем (0,001—0,015 мм) олова, нанесенным электролитическим методом, или жидким стеклом. В про­цессе азотирования олово расплавляется и благодаря поверхностному натяжению удерживается на поверхно­сти стали в виде тонкой непроницаемой для азота пленки. Продолжительность процесса зависит от толщины слоя. Обычно процесс азотирования ведут при температу­рах 500—520° С. В этом случае получают слои толщиной до 0,5 мм за 24—90 ч.

Для ускорения процесса азотирования применяют двухступенчатый цикл. Вначале азотирование ведут при 500—520°С, а затем температуру повышают до 580—600° С. Это ускоряет процесс в 1,5—2 раза при сохранении высокой твердости азотированного слоя.

В процессе азотирования изменяются размеры дета­лей за счет увеличения объема поверхностного слоя. Чем выше температура процесса и больше толщина азотиро­ванного слоя, тем больше изменение размеров деталей.

Для повышения коррозионной устойчивости изделий азотирование проводят при температуре 600—700°С в течение 15 мин. для мелких деталей и 6—10 ч. для круп­ных деталей.

Процесс жидкостного азотирования осу­ществляют при температуре 570°С в расплаве циансодержащих солей. В ходе процесса расплав непре­рывно продувается сухим и чистым воздухом, что обеспечивает превраще­ния цианида в цианат, являю­щийся поставщиком атомов углерода и азота.

Преимуществом жидкостного азотирования является резкое сокраще­ние времени получения насыщенного слоя по сравнению с газовым азо­тированием (слой толщиной 0,10-0,20 мм получают за 1,5-3 ч). Кроме того, отсутствие водорода в среде способствует повышению вязкости слоя. Недостатком процесса является применение ядо­витых солей.

Широкое применение получает ионное азо­тирование. По сравне­нию с газовым азотированием оно имеет ряд преимуществ: меньшую продолжительность процесса, более высокое качество азотированного слоя, пониженную хрупкость слоя.