Газовая цементация

• Процесс осуществляется в печах с герметической камерой, наполненной газовым карбюризатором.

• Атмосфера углеродосодержащих газов включает азот, водород, водяные пары, которые образуют газ-носитель, а также окись углерода, метан и другие углеводороды, которые являются активными газами.

• Глубина цементации определяется температурой нагрева и временем выдержки.

• Преимущества способа:

• возможность получения заданной концентрации углерода в слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя соотношение составляющих атмосферу газов);

• сокращение длительности процесса за счет упрощения последующей термической обработки;

• возможность полной механизации и автоматизации процесса.

• Способ применяется в серийном и массовом производстве.

Структура цементованного слоя

На поверхности изделия образуется слой заэвтектоидной стали, состоящий из перлита и цементита.

Рис. Распределение изменений структуры в цементованном слое стали

По мере удаления от поверхности, содержание углерода снижается и следующая зона состоит только из перлита. Затем появляются зерна феррита, их количество, по мере удаления от поверхности увеличивается. И, наконец, структура становится отвечающей исходному составу.

Азотирование

Азотирование – это насыщение азотом поверхности металлических изделий (главным образом стальных и титановых) для повышения твердости, износостойкости, предела усталости, коррозионной стойкости

Азотирование– химико-техническая операция, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом при нагреве стали до 500-650° С в аммиаке. Азотирование повышаеттвердостьповерхностного слоя, егоизносостойкость,предел выносливостиисопротивление коррозии. Твердость азотированного слоя выше, чем цементированного, и сохраняется до более высоких температур (450-550° С) по сравнению с цементированным, имеющиммартенситнуюструктуру (200-250° С).

Ионное азотирование - эффективный метод упрочняющей обработки деталей из легированных конструкционных сталей: шестерен, зубчатых венцов, вал-зубчатых шестерен, валов, прямозубых, конических и цилиндрических шестерен, муфт, валов-шестерен сложной геометрической конфигурации и др.

Цементация, нитроцементация и ТВЧ-закалка оправдывают себя при изготовлении тяжело нагруженных деталей (зубчатые колеса, оси, валы и др.) низкой и средней точности, не требующих последующей шлифовки.

Указанные виды термообработки экономически нецелесообразны при изготовлении средне- и низко нагруженных высокоточных деталей, т.к. при данной обработке наблюдается значительное коробление и требуется последующая шлифовка. Соответственно, при шлифовке необходимо снимать значительную толщину упрочненного слоя.

Для ионитрирования используется установка немецкой фирмы

KLOCKNER IONON GMBH

  ИПА позволяет существенно снизить коробление и деформацию деталей при сохранении шероховатости поверхности в пределах Ra=0,63...1,2 мкм, что позволяет в подавляющем большинстве случаев использовать ИПА как финишную обработку.

  ИПА наиболее эффективно при обработке крупносерийных однотипных деталей: шестерен, валов, осей, зубчатых валов, вал-зубчатых шестерен и др. Шестерни, подвергнутые плазменному азотированию, имеют лучшую стабильность размеров по сравнению с цементованными шестернями и могут использоваться без дополнительной обработки. При этом несущая способность боковой поверхности и прочность основания зуба, достигаемые с помощью плазменного азотирования, соответствуют цементованным шестерням.

  При упрочняющей обработке путем ионного азотирования деталей из цементуемых, низко- и среднелегированных сталей (18ХГТ, 20ХНЗА, 20ХГНМ, 25ХГТ, 40Х, 40ХН, 45ХГСА и др.) необходимо в начале проводить улучшение поковок - объемную закалку и отпуск до твердости 241-285 НВ, затем механическую обработку и в завершение - ионное азотирование. При этом температура азотирования должна быть, как минимум, на 20 ⁰С ниже температуры отпуска стали. Для обеспечения минимальной деформации изделий перед азотированием для снятия напряжений рекомендуется проводить отжиг в атмосфере защитного газа, причем температура отжига должна быть выше температуры азотирования. Отжиг следует проводить перед точной механической обработкой.

  Глубина азотированного слоя, формируемого на указанных изделиях, изготовленных из стали 40Х, 18ХГТ, 25ХГТ, 20Х2Н4А и др., составляет 0,3-0,5 мм при твердости 500-800 HV в зависимости от марки стали.

  Применительно к станкостроению, ионное азотирование зубчатых колес в существенной мере снижает шумовые характеристики станков, тем самым, повышая их конкурентоспособность на рынке.

  Для передач, работающих в условиях более тяжелых нагрузок, азотированный слой должен быть на уровне 0,6-0,8 мм с тонкой нитридной зоной или вообще без нее.

  Оптимизация свойств упрочненного слоя определяется совокупностью характеристик основного материала (твердость сердцевины) и параметрами азотированного слоя. Характер нагрузки определяет глубину диффузионного слоя, тип и толщину нитридного слоя.

Принцип действия ионного азотирования заключается в том, что в разреженной азотсодержащей газовой среде между катодом (деталью) и анодом (стенками вакуумной установки) возбуждается тлеющий разряд, и положительные ионы с высокой энергией, бомбардируя поверхность детали, нагревают ее до температуры насыщения и внедряются в нее, формируя твердый раствор азота в металле, а при достижении предела растворимости — нитридные фазы. Структура азотированного слоя в общем случае состоит из двух зон: внешней — нитридной зоны и располагающейся под ней диффузионной зоны, состоящей из твердого раствора с дисперсными включениями промежуточных фаз.

Ионное вакуумное азотирование деталей и инструмента

При этом процессе происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя сталей и сплавов азотом при нагревании до 500°-600°С. Насыщению можно подвергать любые стали перлитного, ферритного и аустенитного классов, а также чугуны.

Упрочненные материалы имеют высокую прочность, не изменяющуюся при нагреве до 450°С, высокую износостойкость и низкую склонность к задирам. В настоящее время установки ионного азотирования позволяют обрабатывать детали с габаритами  до 800 мм и высотой до 3000 мм.

Преимущества:

• возможность получения более качественных азотированных слоев по всей обрабатываемой поверхности детали; сокращение продолжительности обработки (сталей — в 3-5 раз, титановых сплавов — в 5-10 раз);

• возможность регулирования процесса азотирования для оптимизации слоев по строению, фазовому составу и свойствам; снижение хрупкости упрочненного слоя; бездеформационность деталей в процессе обработки и высокая чистота поверхности;

• исключение операции депассивации;

• простота и надежность экранной защиты от азотирования неупрочняемых поверхностей по сравнению с гальваническими покрытиями (например, никелированием);

Цианирование и нитроцементация

Цианирование– химико-термическая обработка, при которой поверхность насыщается одновременно углеродом и азотом.

Осуществляется в ваннах с расплавленными цианистыми солями, например NaCNс добавками солейNаCl, BaClи др. При окислении цианистого натрия образуется атомарный азот и окись углерода.

Глубина слоя и концентрация в нем углерода и азота зависят от температуры процесса и его продолжительности.

Цианированный слой обладает высокой твердостью 58…62HRC и хорошо сопротивляется износу. Повышаются усталостная прочность и коррозионная стойкость. Продолжительности процесса0,5…2 часа.