4.2. Азотирование

Азотирование, т.е. насыщение поверхностного слоя азотом, применяется для создания твердого, износо- и коррозионностойкого слоя. Деталь, предварительно прошедшая механическую и термическую обработку, выдерживается в диссоциированном аммиаке при температуре 500 – 520 °С. При этом происходит реакция: 2NН₃ ЗН₂ + 2N_ат.

Атомарный азот диффундирует в глубь детали, образуя твердые растворы в α- и γ-железе (азотистый феррит и аустенит) и нитриды - химические соединения азота с железом и другими легирующими элементами.

Скорость азотирования примерно в 10 раз меньше скорости цементации. Глубина слоя составляет 0,25 – 0,50 мм. Азотирование на глубину 0,50 мм продолжается 40–50 ч. Подвергаются азотированию специальные легированные стали, содержащие, кроме углерода, хром, молибден, алюминий (марки 38ХМЮА). Эти элементы, взаимодействуя с азотом, образуют на поверхности изделия твердые и стойкие нитриды. Твердость азотированного слоя выше твердости мартенсита и достигает 1200 единиц по Виккерсу. Азотированные детали не испытывают больших остаточных напряжений и, следовательно, мало деформируются.

Достоинством азотирования в сравнении с цементацией является сохранение структуры и свойств детали до 500-600 °С. У мартенситной структуры твердость поверхностного слоя цементованной детали снижается, начиная с 220–250 °С.

Недостатком азотирования является большая продолжительность процесса и необходимость применения легированных сталей, стоимость которых в 2-3 раза выше, чем углеродистых.

4.3. Цианирование

Цианированием называется одновременное насыщение поверхностного слоя детали на глубину 0,4-0,5 мм углеродом и азотом. Осуществляют цианирование в расплавленных цианистых солях.

Различают низкотемпературное (550 °С) и высокотемпературное (750–950 °С) цианирование. Первое применяется для повышения твердости инструментальных сталей. Высокотемпературное цианирование является заменителем цементации. Сущность процесса цианирования состоит в том, что образующийся атомарный углерод и азот диффундируют в решетку железа. Азот, взаимодействуя с металлами, входящими в состав стали, образует нитриды. Чем выше температура цианирования, тем больше сталь насыщается углеродом и тем меньше азотом.

Цианированию подвергаются как углеродистые, так и легированные стали. После цианирования детали подвергаются термической обработке, состоящей из закалки и низкого отпуска.

4.4. Диффузионная металлизация

Так называют процесс насыщения поверхностного слоя деталей металлами - алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование) и т. д. Диффузионная металлизация осуществляется путем нагрева и выдержки стальных деталей в контакте с газовой или жидкой средой, содержащей насыщающий элемент. Диффузионная металлизация придает изделию высокую окалиностойкость, коррозионную стойкость, износостойкость, твердость.

В настоящее время наибольшее распространение получили алитирование и хромирование.

Алитирование.

Внешней средой является порошок, состоящий из ферроалюминия, окиси алюминия (глинозем) и хлористого аммония, служащего катализатором процесса. При температуре 950 – 1000 °С из порошка образуется АlСl₃, который, взаимодействуя с железом, выделяет атомарный алюминий по реакции

AlCl₃ + Fe = FeCl + Al_ат.

Активный алюминий диффундирует в решетку γ-железа. После охлаждения алитированный слой представляет собой твердый раствор алюминия в α-железе. Глубина алитированного слоя достигает 0,6–0,8 мм. Длительность процесса составляет 4–16 ч. Алитированию обычно подвергаются детали из малоуглеродистых сталей или технического железа с содержанием углерода 0,1 %.

Хромирование.

Наибольшее распространение получило газовое хромирование, которое состоит в пропускании через порошок хрома или феррохрома газовой смеси НСl и Н₂. Образуются летучие хлориды хрома СгСl₂ и СгСl₃, которые поступают в контейнер с обрабатываемыми деталями. При 800–1200 °С на поверхности изделий происходит реакция

СгСl₂(СгСl₃) + Fе FеСl₂ (FеСl₃) + Сr_ат.

Атомарный хром за 5–6 ч насыщает поверхностный слой стальной детали на глубину около 0,1 мм. Насыщенная хромом поверхность детали становится окалиностойкой и коррозионностойкой.