4. Цианирование

Цианирование – это процесс од­новременного насыщения поверхности стали углеродом и азотом. Жидкостное цианирование проводится в распла­вах цианистых солей NaCN или KCN. Газовое цианирова­ние (нитроцементация) проводится в газовой среде, содер­жащей смесь метана СН₄ и аммиака NH₃. Углерод и азот ускоряют процесс диффузии друг друга. Различают низ­котемпературное и высокотемпературное цианирование.

Низкотемпературное цианирование проводится при температуре 500-600 °С. При этом преобладает насыще­ние азотом. Глубина цианированного слоя составляет 0,2-0,5 мм, твердость поверхности – HV 1000. Применяется низкотемпературное цианирование, главным образом для обработки инструмента из быстрорежущей стали.

При высокотемпературном цианировании температура составляет 800 - 950 °С. Преобладает насыщение углеродом. Глубина поверхностного слоя составляет 0,6 - 2,0 мм. После высокотемпературного цианирования следует закалка с низким отпуском. Твердость после термообработки со­ставляет HRC 60.

По сравнению с цементацией цианирование дает бо­лее высокую твердость и износостойкость. Повышается также коррозионная стойкость. Процессы цианирования более производительны, обеспечивают меньшую дефор­мацию и коробление деталей. Серьезными недостатками жидкостного цианирования является ядовитость циани­стых солей и высокая стоимость процесса.

5. Диффузионная металлизация

Диффузионная металлизация – это насыщение по­верхностного слоя стали различными элементами. При на­сыщении алюминием процесс называют алитированием, хромом – хромированием, кремнием – силицированием, бором – борированием.

При диффузионной металлизации металлы образуют с железом твердые растворы замещения. Диффузия металлов происходит значительно медленнее, чем диффузия углеро­да или азота, поэтому все процессы диффузионной метал­лизации протекают при больших температурах: алитирование при 900-1200°С, силицирование при 1050-1100 °С, хро­мирование при 1000-1200⁰С. Применение диффузионной металлизации технически эффективно и экономически выгодно. Детали из углеродистых сталей, насыщенные с по­верхности хромом, алюминием или кремнием, становятся жаростойкими при температуре 1000-1100°С, что значи­тельно выгоднее, чем изготовление их из дорогостоящих жаростойких легированных сталей.

При металлизации алюминием повышается жаростойкость деталей. Такие детали можно эксплуатировать при температуре 1200^оС.

Силицирование повышает жаростойкость до температуры 800- 850°С, со­противление истиранию, коррозионную стойкость в неко­торых кислотах.

Хромирование увеличивает твердость (до 1600-1800 HV), жаростойкость, коррозионную стойкость.

При борировании повышаются твердость, сопротив­ление абразивному износу и коррозионная стойкость. Борированная сталь теплостойкая (до температуры 900°С), жаростойкая (до температуры 800°С), но очень хрупкая. Чаще всего борируют среднеуглеродистую сталь при температуре 850-900°С с выдержкой в течение 2-6 ч; глубина слоя 0,15-0,35 мм. Борирование производят дву­мя способами: электролизным и газовым.

При электролизном способе в тигле с расплавленной бурой при температуре 950°С помещают графитовый стержень (анод) и обрабатываемую деталь (катод). Бура разлагается, обра­зуя атомарный бор, который диффундирует в поверхность стали.

Газовое борирование осуществляют в газовой смеси из диборана В₂Н₆ и водорода Н₂. Толщина борированного слоя не превышает 0,3 мм, твердость 1800-2000 HV. Бо­рируют траки, втулки газовых нефтяных насосов и другие быстро изнашивающиеся детали.

Новое направление в области диффузионной метал­лизации связано с процессом диффузии электронов, ионов, нейтронов в поверхностный слой металла. Бомбардировка электронами с помощью электронной пушки-ускорителя создает сильно нагретый поверхностный слой металла. При остывании получается гладкая оплавленная поверхность с высокой твердостью. В поверхностный слой детали мож­но направить с большой скоростью ионы более прочного ме­талла и создать на его поверхности улучшенный слой ме­талла, который путем диффундирования проникает на большую глубину. При обычной металлизации это не уда­ется, так как образовавшаяся при нагреве деталей оксидная пленка, или окалина, мешает проникновению атомов вводи­мого металла. При бомбардировке ионы легко в него про­никают. Таким образом, можно обычную углеродистую сталь штамповать требуемого размера и с малой шерохова­тостью поверхности, а затем облучением создать на ее по­верхности слой из другого, более прочного металла.

Выводы по лекции

Процессы химико-термической обработки (ХТО) заключаются в сочетании термического и химического воз­действия в целях изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали. При ХТО происходит насы­щение поверхности стали различными химическими элементами за счет диффузии, проникновения в кристаллическую решетку железа атомов этих элементов. Этот про­цесс происходит при нагреве стальных деталей в газовой, жидкой или твердой среде, богатой этими элементами. Наиболее распространены следующие виды ХТО: цементация, азотирование, цианирование, диффузионная металлизация и т. д.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое ХТО стали?

2. Что такое диффузионная металлизация?

3. С какой целью проводят цементацию?

4. С какой целью проводят азотирование?

5. С какой целью и при каких условиях проводят цианирование?

6. С какой целью и в каких средах проводят нитроцементацию?