Азотирование, цианирование

Азотированием называется процесс насыщения поверх­ностного слоя стальных деталей азотом. Цель азотирования полу­чение высокой твердости и износоустойчивости, хорошей сопротив­ляемости действию переменных нагрузок, высокого предела выносли­вости и коррозионной стойкости.

Азотирование производится в герметизированных муфельных ка­мерных или шахтных печах путем нагревания деталей в атмосфере по­даваемого под давлением газообразного аммиака NН3. При темпера­туре 500-750°С аммиак разлагается на азот и водород. Атомы азота поглощаются поверхностью металла, диффундируют вглубь и, сое­диняясь с атомами железа, образуют твердое соединение — нитрид.

Для повышения коррозионной стойкости деталей из углеродистой и конструкционной сталей процесс азотирования проводят при более высоких температурах (600-700°С) в течение 0,5-1 ч. Глубина азотированного слоя зависит от температуры и длительности процесса азотирования, а также от химического и структурного состава стали; в среднем при 500°С азот за каждые 10 ч диффундируют на глубину 0,1 мм.

Азотированию обычно подвергают детали, предварительно под­вергнутые закалке, отпуску и механической обработке, включая шли­фование; к таким деталям относятся гильзы цилиндров двигателей, зубчатые колеса, валы, клапаны и седла для клапанов, шпиндели и ходовые винты станков, измерительные инструменты и т. п.

Цианированием называется процесс одновременного на­сыщения поверхности деталей углеродом и азотом. В зависимости от температур, при которых осуществляется процесс, различают три вида цианирования: высокотемпературное, среднетемпературное и низко­температурное. Одновременное присутствие в среде углерода и азота ускоряет их совместную диффузию (насыщение) в поверхностные слои стали.

Такими средами могут быть твердые порошки и пасты (твердое циа­нирование), расплавленные цианистые соли (жидкостное циани­рование), науглероживающие и азотирующие газы (газовое цианиро­вание).

Твердое цианирование осуществляется аналогично твердой цементации, при этом в карбюризатор добавляют цианистые соли. Такое цианирование применяется главным образом для повыше­ния механических свойств режущего инструмента. Цианирование при­дает металлу большую износостойкость, чем цементация.

Жидкостное цианирование производится в ваннах с расплавами цианистых солей в целях повышения твердости и износо­устойчивости поверхности деталей, изготовленных из конструкцион­ных низкоуглеродистых, а также быстрорежущих и высоколегиро­ванных сталей.

Высокотемпературное цианирование при­меняют в целях повышения твердости и износостойкости поверхности деталей, изготовленных из конструкционных низкоуглеродистых ста­лей 10, 20, 35, 12ХН3А и других, содержащих 0,10-0,40% углерода. Оно осуществляется при температуре 780-930° С в ваннах, содержа­щих 20-40%-ные расплавы цианистых солей с нейтральными солями.

Продолжительность жидкостного цианирования колеблется от 5 мин до 1 ч. Глубина цианироваиного слоя обычно не превышает 0,35 мм. Для придания цианистому слою высокой твердости детали подвергают закалке и отпуску.

Среднетемпературное цианирование осу­ществляется при температуре 820-860°С.

Низкотемпературное цианирование при­меняется с целью повышения режущих свойств инструментов, изго­товленных из быстрорежущих и высоколегированных сталей. Циани­рование быстрорежущих сталей Р18 и Р9 ведут при температуре 550-570°С, высокохромистых сталей — при 510-520°С. Глубина цианированного слоя при этом достигает 0,02-0,06 мм.

Недостатком жидкостного цианирования является ядовитость цианистых солей, а также высокая их стоимость.

Газовое цианирование (нитроцементация) занимает про­межуточное положение между газовой цементацией и азотированием. Газовое цианирование отличается от газовой цементации тем, что к цементирующему газу добавляют аммиак, дающий активизированные атомы азота.

Сущность этого способа заключается в том, что стальные изделия нагревают в герметически закрытых муфельных печах при 550-900°G в смеси аммиака (20-30%) и цементирующего газа (70-80%) в те­чение нескольких часов. При этом происходит насыщение стали угле­родом и азотом. Таким образом, газовое цианирование представляет собой два одновременно идущих процесса-цементацию и азотиро­вание. Отсюда газовое цианирование называют также нитроцементацией.