«Химико-термическая обработка стали»

Химико-термической обработкой называют процесс, представ­ляющий собой сочетание термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали, а, следовательно, и всей детали в целом.

При химико-термической обработке протекают следующие про­цессы: распад молекул во внешней среде и образование атомов диф­фундирующего элемента (диссоциация); поглощение атомов поверх­ностью стали (адсорбция); проникновение атомов в глубь стали (диф­фузия).

Диффузионное насыщение поверхности деталей проводят раз­личными элементами: углеродом, азотом, хромом, алюминием, крем­нием и др. Если используют углерод, то такой процесс называют цементацией, если азот — азотированием, хром — хромированием, кремний —силицированием и т. д.

«Цементация стали»

Цементация — процесс химико-термической обработки, представ­ляющий собой диффузионное насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в соответствующей среде.

Цель цементации —получить высокую поверхностную твердость и износостойкость при вязкой сердцевине, что достигается обога­щением поверхностного слоя стали углеродом в пределах 0,8—1 % и последующей термической обработкой. Цементации подвергают детали, изготовленные из сталей с низким содержанием углерода (обычно до 0,25 %).

В зависимости от агрегатного состояния внешней среды, в кото­рую помещают обрабатываемые детали, различают цементацию в твер­дой, жидкой и газовой средах. Наиболее широкое применение имеет цементация в газовых средах (газовая цементация).

При газовой цементации детали нагревают до 900—950 °С в спе­циальных герметически закрытых печах, в которые непрерывным потоком подают цементующий углеродсодержащий газ [естественный (природный) или искусственный газ]. Атомарный углерод, необходи­мый для цементации, образуется при разложении углеводородов и окиси углерода, содержащихся в цементующих газах. Основным угле­водородом является метан СН₄.

Заданную концентрацию углерода (0,8—1 %) в поверхностном слое получают путем автоматического регулирования состава газа и применения газа-разбавителя, например эндотермического газа (эндо-газа), состоящего из окиси углерода (20 %), водорода (40 %) и азота (40 %). Для повышения активности газовой среды к эндогазу добав­ляют природный газ.

В цементованной детали содержание углерода уменьшается от по­верхности к центру.

Цементованные детали подвергают термической обработке, наи­более часто закалке с 820—850 °С и низкому отпуску. Для деталей, изготовленных из наследственно мелкозернистых сталей, широко применяют непосредственную закалку из печи с предварительным охлаждением до 840—860 °С.

Цементации подвергают зубчатые колеса, поршневые пальцы, червяки, крупногабаритные кольца, ролики подшипников и др.

«Азотирование, цианирование и нитроцементация стали»

Азотирование—процесс химико-термической обработки, представляющий собой диффузионное насыщение поверхностного слоя стали азотом. Цель азотирования — получение поверхности деталей высо­кой твердости и износостойкости или устойчивости против коррозии (антикоррозионное азотирование).

Для азотирования детали нагревают (при 500—700 °С) в специ­альной герметически закрытой печи, через которую пропускают аммиак NH₃. При нагреве аммиак разлагается с образованием ато­марного азота, который поглощается поверхностью стали и проникает в глубь детали. Для получения высокой твердости и износостойкости слоя применяют специальные стали, например сталь, содержащую хром, молибден, алюминий.

При азотировании такой стали при 500—550 °С азот образует химические соединения, называемые нитридами (нитриды железа Fe₂N, хрома CrN, алюминия A1N и др.), придающие слою очень высокую твердость. Недостаток азотирования —длительность процесса (до 90 ч). Азотированию подвергают цилиндры моторов и насосов, зубчатые колеса, штампы, пуансоны и др. Антикоррозион­ному азотированию подвергают в основном углеродистые стали при 600—700 °С с выдержкой 0,5—1 ч.

Поверхностное насыщение стали одновременно углеродом и азо­том в расплавленной цианистой соли называют цианированием, а в га­зовой среде—нитроцементацией. Цель этих процессов —получе­ние высокой твердости и износостойкости поверхности деталей с со­хранением пластичной сердцевины. Цианированию и нитроцементации подвергают детали из сталей с 0,2—0,4 % С.

При цианировании детали нагревают при 820—960 °С в расплав­ленных солях, содержащих цианистый натрий NaCN. Для получе­ния слоя толщиной до 0,3 мм цианирование ведут при 820—860 °С в цианистых солях, содержащих NaCN, NaCl, Na₂C0₃. При нагреве образующиеся в ванне атомарный азот и углерод диффундируют в сталь. Слой содержит ~ 0,7 % С и ~ 1 % N. Затем детали зака­ливают непосредственно из ванны и подвергают низкому отпуску.

Для получения слоя толщиной до 2 мм цианирование ведут при 930—960 °С в цианистой ванне, содержащей NaCN, NaCl, ВаС1₂. Слой содержит ~ 1 %С и ~ 0,3 % N. Затем детали охлаждают на воздухе, проводят закалку и низкий отпуск. Недостаток цианирова­ния — ядовитость цианистых солей.

При нитроцементации детали нагревают при 850—870 °С в газо­вой смеси, обычно состоящей из эндогаза, к которому добавляют 5—15 % природного газа и 3—8 % аммиака. После насыщения по­верхности деталей углеродом и азотом их подвергают закалке и низ­кому отпуску. Нитроцементацию применяют для обра­ботки широкой номенклатуры деталей.