Цианирование и нитроцементация стали: технология и назначение

Цианированием называется ХТО, при которой поверхность насыщается одновременно углеродом и азотом. Цианированный слой обладает высокой твердостью, сопротивлением износу. Повышаются также усталостная прочность и коррозионная стойкость.

Основными характеристиками физико-химического состояния упрочненного при цианировании поверхностного слоя являются твердость, толщина, а также зафиксированные значения концентраций углерода и азота.

На эти характеристики особое влияние оказывает температура процесса (при повышении температуры содержание углерода в поверхностном слое растет, а при ее снижении — увеличивается концентрация азота).

Так как цианирование является по сути дела суперпозицией цементации и азотирования, то можно сказать, что при ысокой температуре процесс больше приближается к цементации, а при низкой — к азотированию, поэтому цианирование разделяют на высокотемпературное (800 — 950 °С) и низкотемпературное (500 — 600 °С).Совместная диффузии углерода и азота происходит быстрее, чем каждого из этих элементов в отдельности, поэтому продолжительность цианирования обычно 0,5—2 ч.

Низкотемпературному цианированию подвергают детали, уже прошедшие термическую обработку, как и при азотировании. При таком цианировании поверхность насыщается главным образом азотом, глубина слоя составляет 0,015—0,03 мм.

По аналогии с цементацией цианирование подразделяют на жидкое и газовое, газовое цианирование называют нитроцементацией.

Жидкое цианирование, обеспечивающее высокую производительность, наиболее часто используют для обработки сталей. Его проводят в расплавленных цианистых солях, являющихся поставщиками активных атомов углерода и азота, например Na(CN) или Ca(CN)2.

Низкотемпературному цианированию подвергают режущий инструмент из быстрорежущей стали (фрезы, метчики, сверла, зенкеры), а также углеродистые стали.

Сущность процесса цианирования углеродистых сталей состоит в насыщении сталей азотом и углеродом, которое осуществляется в цианистых солях (40 % KCN + 60 % NaCN) при пропускании сухого воздуха.

В результате такой обработки, которая реализуется при 570 °С в течение 0,5 — 3 ч, на поверхности детали формируется тонкий (10 — 15 мкм) карбонитридный слой Fe3(CN), менее хрупкий, чем чистые карбиды и нитриды (Fe3C и Fe3N) и в то же время обладающий хорошим сопротивлением износу. Между этим слоем и матрицей образуется подслой азотистого твердого феррита (на легированных сталях твердость достигает 600 — 1000 HV) толщиной 200 — 500 мкм.

Высокотемпературное цианирование применяют для обработки простых и легированных средне- и низкоуглеродистых сталей.

Насыщение обычно проводят в расплавленных солях следующих составов: 40 % NaCN, 40 % NaCl, 20 % Na2CO3 (температура расплава 820 — 850 °С) или 6 % NaCN, 80 % BaCl2, 14 % NaCl (900 — 950 °C). Увеличение содержания цианистых солей способствует повышению концентрации С и N в поверхностном слое.

Толщина модифицированной зоны d зависит от состава расплава, температуры и продолжительности t процесса. Средняя скорость высокотемпературной нитроцементации составляет 80 — 100 мкм/ч.

Для конструкционных сталей d = 15 — 500 мкм, а твердость превышает HRСэ 58 (для быстрорежущих сталей — 10 — 60 мкм и HRСэ 60 — 72 соответственно). Цианированный слой по сравнению с цементированным обладает большей твердостью и более высоким сопротивлением износу и коррозии.

Нитроцементация —газовое цианирование проводят в газовых смесях, содержащих 70—80% цементирующего газа и 20—30% аммиака. Состав газа и температура определяют соотношение углерода и азота в цианированном слое. Глубина слоя зависит от температуры процесса и продолжительности выдержки.

По сравнению с газовой цементацией нитроцементания имеет ряд преимуществ: меньше деформация и коробление изделий, больше сопротивление износу и коррозионная стойкость.

Нитроцементация осуществляется следующим образом: в контейнер загружается карбюризатор, в состав которого входят цианистые и углекислые соли (например 30- 40% K4Fe(CN)6, 10 % Nа2CO3 и древесный уголь), которые, при нагревании разлагаются с выделением CO2 и азота. Процесс насыщения может лимитироваться кинетикой химических реакций, доставкой CO2и азота к поверхности детали или диффузией C и N в матрицу, поэтому производительность такого способа невысока.

Обработку деталей производят в среде науглероживающих и азотирующих газов (например, аммиак 2 – 6 % с пропаном или светильным газом). 208-214 c.[5].

Лекция 18. Химико-термическая обработка с использованием высокочастотного нагрева.

Пути повышения производительности ХТО и решения сопутствующих проблем.

Опыты по изучению влияния повышенних температур по сравнению с обычными на скорость цементации, а также на строение и свойства цементованного слоя и сердце­вины показали возможность весьма существенного ускорения процесса цементации при повышении температуры.

Результаты таких опытов достаточно хорошо подтверждают теоретические данные о влиянии температуры на процесс диффузии. Коэффициент диффузии углерода в аустените при повышении температуры от 900 до 1000 °С возрастает примерно в 3 раза, а при повышении температуры от 900 до 1100 °С — в 9 раз.

При достаточно быстром насыщении поверхности это соответствует уменьшению длительности процесса для получения определенного заданного слоя соответственно в 3 и 9 раз.

Однако, несмотря на резкое сокращение длительности процесса цементации при повышении температуры большинство заводов ведут процесс цементации при температурах 900—950 °С.

В ряде работ показаны возможные пути борьбы с ухудшением структуры и свойствами стали при высоких температурах цемента­ции.

Более мелкая структура и соответствующие высокие механиче­ские свойства цементованного слоя и сердцевины могут быть получены при высокотемпературной цементации в случае приме­нения природных мелкозернистых сталей и, в частности сталей, содержащих элементы, препятствующие росту зерен аустенита: титана, ниобия, циркония, ванадия, молибдена. Очень сильное воздействие на строение и свойства изделий, прошедших высоко­температурную цементацию, оказывает последующай термиче­ская обработка. При правильно выбранном режиме последующей закалки или нормализации можно почти полностью исправить структуру и механические свойства любой стали после высоко­температурной цементации. Борьба с чрезмерным насыщением поверхности углеродом и цементитной сеткой при высокотемпературной цементации воз­можна за счет правильного подбора менее активных карбюризаторов.

Важнейшими препятствиями для применения высокотемпера­турной цементации в печах остаются резкое увеличение расхода жароупорных сталей и увеличение деформации деталей. Высоко­частотный нагрев цементуемых изделий в керамических тиглях или ретортах дает возможность использовать высокие темпера­туры, не применяя жароупорных сталей.

ХТО с применением высокочастотного нагрева позволяет ускорить и усовершенствовать процессы химико-термической обработки. Прежде всего удается сократить период нагрева с нескольких часов до нескольких минут или даже секунд.

Облегчается возмож­ность повышения температуры процессов вследствие генерирова­ния теплоты в изделиях, за счет чего длительность обработки может быть резко сокращена.

В условиях высокочастотного на­грева можно обойтись без использования дорогих контейнеров и нагревателей из высоколегированной жароупорной стали, обес­печить разложение насыщающих элементов непосредственно на поверхности изделий.

Ускорение процессов в боль­шинстве случаев является следствием повышения температуры и уменьшения времени нагрева до заданной температуры; иногда это связано с изменением условий поглощения поверхностью насыщающих элементов.

Дата добавления: 2016-10-26; просмотров: 2530;

Источник: https://poznayka.org/s68832t1.html

ПОИСК

Низкотемпературное цианирование и нитроцементация (мягкое азотирование)
 [c.165]

ЦИАНИРОВАНИЕ И НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ СТАЛИ
 [c.119]

Цианированием и нитроцементацией называют совместное насыщение поверхности стали углеродом и азотом. Основное назначение цианирования (нитроцементации) — повышение твердости и износостойкости стальных изделий. Для цианирования чаще применяют стали, содержащие 0,2—0,4% С.
 [c.258]

Электронно-вычислительные машины применяют в различных отраслях промышленности. В термических цехах электронно-вычислительные машины применяют для управления процессами цементации, цианирования и нитроцементации.
 [c.308]

Каково назначение цианирования и нитроцементации  [c.113]

Азотирование, цианирование и нитроцементация стали
 [c.81]

Цианирование и нитроцементация — одновременное насыщение поверхности стали углеродом и азотом. Цианирование осуществляется при температуре 820—960″ С в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий, служащий источником углерода и азота. Этой обработке подвергают стали с 0,3—0,4% С.

Цианирование длится 1 ч за это время в слое глубиной 0,2—0,3 мм концентрация углерода повышается до 0,6—0,7%, а азота— до 1,5%. Твердость такого слоя составляет HR 58—62. Для получения более глубокого слоя цианирование ведут при 930—960° С.

Цианирование можно проводить в твердых, жидких и газообразных средах. Поэтому различают твердое, жидкое и газовое цианирование (последнее иногда называют нитроцементацией).  [c.336]

Применяют твердое, жидкое и газовое цианирование. Наибольшее распространение получило цианирование в жидких и газовых средах (последнее называют нитроцементацией), так как твердое цианирование менее эф4)ективно.
 [c.147]

Цианирование нитроцементация) стали — процесс одновременного насыщения поверхности стального изделия азотом и углеродом. Цианированию (нитроцементации) подвергают детали из сталей, содержащих 0,2— 0,4 % углерода.

Цианирование может производиться в твердых, жидких и газообразных средах. Твердое цианирование применяют крайне редко как менее эффективное по сравнению с жидким и газовым, наиболее часто используют цианирование в жидкой среде.

 [c.263]

Цементация, азотирование, цианирование и т.п. Цементация Азотирование Нитроцементация (цианирование)
 [c.90]

Цианирование проводят в ваннах расплавленных цианистых солей или в газовой среде, содержащей метан, закись углерода и аммиак.

Цианированию подвергаются некоторые зубчатые колеса автомобилей и другие детали, а также режущие кромки сверл, фрез, резцов и метчиков после обезуглероживания в результате нагрева под закалку.

На практике применение передних углов, соответствующих наибольшей стойкости инструмента, часто бывает невозможно из-за конструктивных соображений, специфических условий работы инструмента и т. п.

Например, на червячных зуборезных фрезах передний угол, соответствующий наибольшей стойкости, должен быть не менее 10—15°, но из-за искажений профиля зуба шестерни его делают 0° на чистовых фрезах и не более 8° — на черновых.

На многолезвийных инструментах с мелким зубом иногда, при наличии большого переднего угла, получаемая форма канавки не соответствует условиям свободного выхода стружки или из-за слишком большого поднутрения ослабляется прочность зуба. Иногда при большом переднем угле происходит так называемый подхват инструмента, т. е.

инструмент втягивается в обрабатываемый металл. Это явление часто наблюдается на шпоночных протяжках при обработке вязких сталей. Когда инструмент подвергается цианированию или нитроцементации, тогда передний угол должен быть уменьшен из-за повышенной хрупкости цианированного слоя. .
 [c.97]

Для придания рабочим поверхностям зубьев нужной твердости их подвергают различным видам термической и химико-термической обработки (улучшению, нормализации, закалке, цементации, цианированию, азотированию и нитроцементации).
 [c.419]

Цианирование и нитроцементация — одновременное насыщение поверхности азотом и углеродом. Нитроцеметаиня имеет ряд преи.муществ перед цементацией более высокая износостаОкосгь и выше предел выносливости детален.
 [c.184]

При химико-термической обработке происходит образование активных веществ в атомарном состоянии, соприкосновение атомов диффундирующих элементов с поверхностью стального изделия и образование химических связей с атомами основного металла (адсорбция) и диффузия (гароникновение) насыщающих элементов в глубь металла. Наибольшее применение получили процессы цементации, азотирования, цианирования и нитроцементации.
 [c.66]

Цианирование и нитроцементация представляют собой процесс совместного насыщения поверхности изделий углеродом и азотом в расплавленной цианистой соли (цианирование) или в газовой смеси, состоящей из науглероживающего газа и эпьтака, содержащего азот (нитроцементация). Нитроце ентацию называют газовым циаиировакием,
 [c.129]

Эффективными методами 1юв1.

Нитроцементация вследствие своих преимуществ перед газовой цементацией во многих случаях ее вытесняет.

Основные преимущества нитроцементации и цианирования, кроме большей скорости насыщения, состоят в возможности получения более износостойкого (и теплостойкого) слоя благодаря наличию в нем азота, меньшем росте зерна и меньшей деформации деталей вследствие 1меньшей длительности и более низкой температуры процесса, повышении под действием азота закаливаемости нитроцементованного или цианированного слоя по сравнению с цементованным, возможности в ряде случаев применять слои меньшей глубины, чем при цементации деталей, и др. Однако в условиях больших динамических нагрузок нитроцементация (цианирование) тонких деталей иногда менее предпочтительна, чем цементация, ввиду охрупчивающего влияния азота, проникающего в малых концентрациях на значительную глубину.
 [c.114]

Применительно к стали наибольшее распространение имеют процессы цементации, нитроцементации, цианирования и азотирования. Сравнительно редко применяются сульфоцианирование (насыщение одновременно углеродом, азотом и серой), алитирование, хромирование, борироаание, силицирование, бериллизация, цинкование и др.
 [c.151]

Нитроцементация (цианирование) стали — химико-термическая обработка с одновременным поверхностным насьш1ением изделий азотом и углеродом при повышенных температурах с последующими закалкой и отпуском для повышения износо- и коррозионной устойчивости, а также усталостной прочности. Нитроцементация может проводиться в газовой среде при температурах 840…860°С (нитроцианирование) и в жидкой при температурах 820…950°С (жидкостное цианирование в расплавленных солях, содержащих группу Na N).
 [c.160]

Цианирование осуществляется путем нагрева и выдержки стальных деталей, погруженных в цианизаторы (расплавленные цианистые соли) или смесь цементующего газа с небольшим количеством аммиака (в этом случае процесс обычно называется газовым цианированием или нитроцементацией).
 [c.288]

Цианирование (нитроцементация) — это процесс одновременного насыщения поверхности стали углеродом и азотом. Жидкостное цианирование проводится в расплавах цианистых солей Na N или K N.

Газовое цианирование (нитроцементация) проводится в газовой среде, содержащей смесь метана СН и аммиака NHg. Углерод и азот ускоряют процесс диффузии друг друга.

При глубине слоя больше 1 мм трудно предотвратить его пересыщение азотом и образование дефектов структуры, снижающих усталостную прочность. Поэтому для легированных сталей процесс выполняют в атмосфере с минимальным количеством аммиака (до 3 %).

В этом случае насыщение слоя углеродом происходит значительно интенсивней, чем азотом. Такой процесс называют карбонитрированием. Нитроцементации подвергают преимущественно малолегированные и углеродистые стали при повышенном содержании в них аммиака.

По сравнению с газовой цементацией нитроцементацию проводят при более низкой температуре с меньшей продолжительностью процесса, что обеспечивает большую износостойкость деталей, меньшее их коробление, позволяет регулировать насыщение поверхностного слоя.

Стоимость процесса нитроцементации ниже стоимости процессов газовой цементации и цианирования. Преимуществом нитроцементации является также безвредность процесса.
 [c.228]

Газовая высокотемпературная нитроцементация порошковых изделий выполняется в смеси газов, состоящей из 5 % аммиака, 10 % природного газа и 85 % эндогаза. Также возможно использование среды, состоящей из продуктов разложения триэтаноламина.

Жидкостная нитроцементация (цианирование) для порошковых материалов применяется крайне редко и только для высокоплотных изделий, твердофазная нитроцементация из-за ее малой эффективности практически не применяется. После химикотермической обработки изделргя обычно подвергаются закалке в масле и низкому отпуску (180 °С, 2 ч).

Нитроцементованный слой после закалки и отпуска имеет структуру мартенсита с включениями карбонитридов и небольшим количеством остаточного аустенита.
 [c.483]

Последнюю используют обычно для мелких малоснммстрич-ных деталей и деталей автомобильной кузовной арматуры из-за повышенной склонности их к короблению при закалке или повышенных требований к их конфигурации и размерам.
 [c.

546]

Низкоуглеродистые стали высокой пластичности (марки 05 до 10 по ГОСТ 1050—74).

Стали этой подгруппы хорошо д ормируются в холодном состоянии (особенно методом глубокой вытяжки), не склонны к отпускной хрупкости-, хорошо свариваются и применяются в случаях, когда при изготовлении деталей необходимы значительные пластические деформации (гиб, высадка, холодная штамповка, отбортовка и др,).

Эти стали применяют для изготовления статически умеренно нагруженных деталей и узлов машин, не подвергаемых термической обра(5о1тке, а также деталей, подвергаемых химико-термической обработке (цементация, нитроцементация, цианирование).
 [c.86]

В последнее время на заводах внедрен новый процесс цианирования — газовое цианирование, или нитроцементация. Газовое цианирование занимает ,промежу-точное положение между газовой цементацией и азотированием и поэтому иногда называется нитроцементацией.
 [c.161]

Источник: https://mash-xxl.info/info/647236/

НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ

Нитроцементацией называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температуре 840—860 °С в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Продолжительность процесса 4—-10 ч. Основное назначение нитроцементации — повышение твердости, износостойкости и предела выносливости стальных деталей.

Установлено, что при одновременной диффузии углерода и азота ускоряется диффузия углерода. Скорость роста нитроцемен- тованного и цементованного слоев на глубину 500 мкм практически одинакова, хотя температура нитроцементации почти на 100 °С ниже температуры цементации.

Для нитроцементации легированных сталей рекомендуется использовать контролируемую эндотермическую атмосферу, к которой добавляют 1,5—5,5 об. % необработанного природного газа и 1—3,5 об. % NH8.

После нитроцементации следует закалка непосредственно из печи, реже после повторного нагрева применяют и ступенчатую закалку. После закалки проводят отпуск при 160—180 °С.

Твердость слоя после закалки и низкого отпуска 58—60 HRC, 570—690 HV. Высокое содержание остаточного аустенита обеспечивает хорошую прирабатываемость, например, нешлифуемых автомобильных шестерен, что обеспечивает их бесшумную работу. Максимальные показатели прочности достигаются только при оптимальном для данной стали содержании на поверхности нитро- цементованного слоя углерода и азота.

Азота в слое должно быть не меньше того количества, которое устраняет вредные последствия внутреннего окисления (~ 0,1—

0,15 %). При высоком содержании азота (0,4—0,5 %) в слое образуется так называемая темная составляющая, которая обнаруживается на поверхности в виде темной точечной сетки. Темная составляющая, вероятно, представляет собой поры, образовавшиеся в результате выделения из твердого раствора молекулярного азота под высоким давлением.

Темная составляющая снижает предел выносливости стали на 30—70 % и предел контактной выносливости в 5—6 раз. Оптимальное содержание углерода в сумме С + N зависит от марки стали и колеблется в широких пределах (1,0—1,65 %). При низкой концентрации углерода в структуре слоя по границам зерен мартенсита появляется троос- тит.

При высоком содержании углерода в стали, содержащей Сг, Mn, Ti, V, образуются карбонитриды, располагающиеся преимущественно по границам зерен в виде сплошной или разорванной сетки. Переход углерода и легирующих элементов в карбонитриды понижает устойчивость аустенита, что также ведет к образованию в слое троостита.

Образование сетки карбонитридов и троостита снижает предел выносливости, пластичность и вязкость стали.

Толщина нитроцементованного слоя составляет обычно 200— 800 мкм. Она не должна превышать 1000 мкм. При большей толщине в нем образуются темная составляющая и другие дефекты, снижающие механические свойства стали.

Нитроцементацию широко применяют на автомобильных и тракторных заводах. Так, на ВАЗе 94,5 % деталей, проходящих химико-термическую обработку, подвергают нитроцементации.

Источник: https://bstudy.net/629061/tehnika/nitrotsementatsiya

Цианирование и нитроцементация

• Цианирование — химико-термическая обработка, при которой поверхностьнасыщается одновременно углеродом и азотом.
• Осуществляется в ваннах с расплавленными цианистыми солями, например NaCN с добавками солей NаCl, BaCl и 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…62 HRC и хорошо сопротивляется износу.

Повышаются усталостная прочность и коррозионная стойкость.

Продолжительности процесса 0,5…2 часа.

Высокотемпературное цианирование — проводится при температуре 800…950oС, сопровождается преимущественным насыщением стали углеродом до 0,6…1,2 %, (жидкостная цементация).

Содержание азота в цианированном слое 0,2…0,6 %, толщина слоя 0,15…2 мм. После цианирования изделия подвергаются закалке и низкому отпуску.

Окончательная структура цианированного слоя состоит из тонкого слоя карбонитридов Fe2(C, N), а затем азотистый мартенсит.

1. По сравнению с цементацией высокотемпературное цианирование происходит с большей скоростью, приводит к меньшей деформации деталей, обеспечивает большую твердость и сопротивление износу.
2. Низкотемпературное цианирование — проводится при температуре 540…600oС, сопровождается преимущественным насыщением стали азотом
3. Проводится для инструментов из быстрорежущих, высокохромистых сталей, Является окончательной обработкой.
4. Основным недостатком цианирования является ядовитость цианистых солей.
5. Нитроцементация — газовое цианирование, осуществляется в газовых смесях из цементующего газа и диссоциированного аммиака.

Состав газа температура процесса определяют соотношение углерода и азота в цианированном слое. Глубина слоя зависит от температуры и продолжительности выдержки.

Высокотемпературная нитроцементация проводится при температуре 830…950oС, для машиностроительных деталей из углеродистых и малолегированных сталей при повышенном содержании аммиака. Завершающей термической обработкой является закалка с низким отпуском. Твердость достигает 56…62 HRC.

На ВАЗе 95 % деталей подвергаются нитроцементации.

Низкотемпературной нитроцементации подвергают инструмент из быстрорежущей стали после термической обработки (закалки и отпуска). Процесс проводят при температуре 530…570oС, в течение 1,5…3 часов. Образуется поверхностный слой толщиной 0,02…0,004 мм с твердостью 900…1200 HV.

Нитроцементация характеризуется безопасностью в работе, низкой стоимостью.

Источник: https://studwood.ru/1614966/tovarovedenie/tsianirovanie_nitrotsementatsiya

Цианирование это – виды, технологии, принципы, особенности и применение

alexxlab | 02.10.2019 | 0 | Разное

виды, технологии, принципы, особенности и применение

Существует множество способов обработки стали, направленных на изменение ее свойств. Один из них — цианирование. Виды, технологии, принципы, особенности и применение данных работ рассмотрены далее.

Суть технологии

Цианированием называют один из видов химико-термической обработки стали. Суть данного метода состоит в насыщении металлических поверхностей азотом и углеродом в температурном диапазоне от 530 до 950°С. По технологии это напоминает совмещение азотирования и цементации.

Рассматриваемый метод используется для сталей различных типов. Так, осуществляют цианирование нержавеющей стали, легированной, высокохромистой, с различным содержанием углерода, без легирующих добавок, конструкционной, быстрорежущей.

Цель цианирования состоит в улучшении свойств металла. Так, данная технология обработки повышает твердость, предел выносливости, износостойкость материала. Принцип цианирования основан на диффузии в структуру материала углерода и азота.

Данный процесс включает две стадии:

• Сначала происходит насыщение верхнего слоя углеродом и азотом. Это продолжается 1 — 3 ч.
• Далее абсорбированные в структуру материала атомы азота могут десорбироваться (выходить через поверхность, перейдя в газовую фазу). При этом насыщение углеродом продолжается и на втором этапе.

Ход рассматриваемого процесса определяется температурным режимом. Так, в диффузионном верхнем слое при возрастании температуры сокращается содержание азота, и увеличивается количество углерода, причем непрерывно либо до конкретного момента. На последних стадиях операции концентрация азота начинает сокращаться.

Вследствие этого возможна фиксация насыщения данным элементом верхнего слоя стали при различных температурах. Сокращение содержания азота и повышение концентрации углерода при возрастании температуры происходит линейно.

Однако это актуально лишь для верхнего слоя материала, а в нижележащих данная закономерность не наблюдается.

Кроме того, на особенности совместной диффузии воздействует количество азота, определяющее глубину распространения диффузии углерода и величину насыщения им слоя. Чрезмерное содержание азота может повлечь недостаточную скорость диффузии углерода. Это объясняется способствованием азота формированию карбонитридных образований на поверхности.

Глубина проникновения обоих элементов в сталь определяется ее микроструктурой. Однако в любом случае азот проникает на большую глубину, чем углерод.

Таким образом, результат работ определяется несколькими факторами. К ним относятся температура нагрева, концентрация азота и углерода, свойства среды и материала.

Поточный агрегат для цианирования

В результате на поверхности стали формируется двухслойное покрытие. Сверху расположен карбонитридный слой (Fe2(C, N)) толщиной 10 — 15 мкм. Он характеризуется высокой износостойкостью и меньшей хрупкостью в сравнении с чистыми нитридами и карбидами. Нижележащий слой представлен азотистым твердым ферритом (мартенситом). Общая толщина — 0,15 — 2 мм.

Виды

Цианирование классифицируют на основе следующих особенностей:

• температурного режима;
• фазового состава среды.

На основе фазы среды цианирование классифицируют на:

Принцип называемого также нитроцементацией газового цианирования заключается в нагреве при 530 — 570°С на протяжении 1,5 — 3 ч. предмета в содержащей азот и углерод газовой смеси, включающей, например, аммиак (NH3) и окись углерода (CO).

Химическое взаимодействие названных газов приводит к формированию атомарных азота и углерода. Они создают слой, толщина которого определяется температурой и длительностью и составляет от 0,02 до 0,004 мм. Его твердость равна 900 — 1200 HV.

Технология твердого цианирования близка к твердой цементации. Отличие состоит в составе карбюризатора: для рассматриваемых работ применяют материал, содержащий цианистые соли. Твердое цианирование по производительности значительно уступает прочим видам, поэтому оно используется редко. Далее рассмотрены более подробно жидкое и газовое цианирование.

Установка для цианирования

Существует регламент, определяющий температурный режим и продолжительность работ для разных составов смесей. Он же отображает толщину получаемого в результате слоя, которая составляет 0,15 — 1,6 мм.

Взаимодействие цианистых солей натрия с содой и солью приводит к их разложению с выделением атомарных азота и углерода. Основным компонентом цианистых солей является CN.

Повышение его содержания приводит к возрастанию концентрации азота и углерода в диффузионном слое, но не сказывается на его толщине. Жидкое цианирование служит в качестве окончательной обработки стали.

На основе температурного режима цианирование подразделяют на низко- и высокотемпературное. Обработка металла первого типа обеспечивает большее насыщение азотом, а высокотемпературное цианирование — наоборот углеродом.

Жидкую высокотемпературную обработку, называемую также жидкостной цементацией, осуществляют путем выдерживания деталей в печах-ваннах при 840 — 950°С на протяжении 5 — 45 мин. Такой способ позволяет достичь толщины диффузионного слоя до 0,075 — 0,1 мм.

Данный параметр определяется температурой и длительностью процесса. В любом случае наращивание слоя таким методом быстрее, чем при газовом цианировании. Однако данный способ весьма вредоносен, так как расплавленные цианистые соли токсичны.

Поэтому необходимы особые меры безопасности при осуществлении таких работ.

Ввиду этого жидкостной высокотемпературной технологии предпочитают газовое цианирование, несмотря на меньшую скорость работ. Это компенсируется меньшей стоимостью. Его осуществляют при 830 — 950°С в муфельных печах на протяжении 1 — 2 ч. По завершении закалки и низкого отпуска твердость обработанного данным способом материала возрастает до 60 — 64 HRC (56 — 62 по другим данным).

Перед низкотемпературным цианированием осуществляют термическую обработку полного цикла при 500 — 600°С.

Процесс цианирования стали

Таким образом, низкотемпературное цианирование создает слой с большим содержанием азота, а при высокотемпературном образуется покрытие преимущественно углеродного состава (концентрация углерода составляет 0,6 — 1,2%, азота — 0,2 — 0,6%).

Применение

Учитывая результаты цианирования, а именно придаваемые им свойства, данный способ обработки используют для подверженных значительным нагрузкам в процессе эксплуатации стальных деталей.

К ним относят, например, шестерни и валы. Для данных предметов, а особенно их сердцевин, предъявлены повышенные требования не только к прочности, но и к вязкости.

Эти характеристики и придает цианирование.

Область применения данной технологии обработки определяется ее типом.

Так, низкотемпературную нитроцементацию используют для быстрорежущих сталей, цианирование — для среднеуглеродистых, быстрорежущих, высокохромистых сталей, а высокотемпературный способ — для шестерен и прочих деталей различных механизмов из простых углеродистых, легированных, средне- и низкоуглеродистых сталей.

Кроме того, жидкое высокотемпературное цианирование может применяться с целью придания деталям товарного вида, так как, благодаря такой обработке, на поверхности образуется матовая текстура. Причем для этого нужно нагреть их в цианистой ванне без выдержки.

Достоинства, недостатки

При выборе способа обработки необходимо учитывать толщину изделий, так как тонкие предметы, подвергнутые цианированию, могут иметь большую хрупкость, чем обработанные по технологии обычной цементации детали.

Это является недостатком рассматриваемой технологии. Кроме того, в результате такой обработки изменяются свойства не всего материала, а лишь его поверхностного слоя толщиной до 1,6 мм.

Наконец, в ходе цианирования необходим постоянный контроль степени науглероживания и азотирования рабочей среды.

В-третьих, не вызывает деформации обрабатываемых предметов. К тому же в подвергнутом цианированию материале содержится остаточный аустенит, способствующий улучшению многих параметров стали, а именно возрастает ударная вязкость поверхностей, стойкость к износу, прочность на изгиб, пластичность.

Кроме того, цианирование повышает твердость (до 58 — 62 HRC) и контактную выносливость материала. Также подвергнутые газовому цианированию детали отличаются улучшенной прокаливаемостью благодаря повышению устойчивости аустенитной структуры стали.

Так, например, низколегированную сталь после такой обработки можно закаливать в масле.

Близкие методы

Близким методом является мягкое азотирование. Его осуществляют при температуре примерно 590°С. Такую обработку используют для повышения износостойкости и предела выносливости среднеуглеродистых сталей.

Также по технологии рассматриваемая обработка близка к цементации. В сравнении с ней цианирование выгодно отличается тем, что образуемый слой обладает лучшей износостойкостью и устойчивостью к коррозии, большей твердостью, а также усталостной прочностью.

Кроме того, благодаря меньшим температурному режиму и продолжительности процесса, не происходит рост зерен. Ввиду этого сразу по завершении цианирования осуществляют закалку, что придает поверхности большую твердость.

Наконец, высокотемпературный процесс цианирования стали занимает меньше времени, чем цементация.

Источник: https://stankotec.ru/raznoe-2/cianirovanie-eto-vidy-texnologii-principy-osobennosti-i-primenenie.html

Химико-термическая обработка стали

• Химико-термической обработкой  называют процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев и металла.
• Такая обработка применима к деталям, от которых требуется твердая и износоустойчивая поверхность при сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины, высокая коррозионная стойкость, высокое сопротивление усталости.
• Химико-термическая обработка стали основана на диффузии (проникновении) в атомно-кристаллическую решетку железа атомов различных химических элементов при нагреве стальных деталей в среде, богатой этими элементами.
• Наиболее распространенными видами химико-термической обра­ботки стали являются: цементация — насыщение поверх­ности стальных деталей углеродом; азотирование — насыщение поверхности стальных деталей азотом; цианирование — одновремен­ное насыщение поверхности стальных деталей углеродом и азотом.

Кроме этих основных видов хи­мико-термической обработки, в про­мышленности применяют также поверхностное насыщение стали метал­лами: алюминием, хромом, кремнием и др. Процесс этот называется диф­фузионной металлизацией стали.

Цементация.  

Цементация — про­цесс поверхностного насыщения сталь­ных деталей углеродом. Цель цементации получить детали с вязкой сердцевиной и твердой поверхностью. Такие детали во время работы не разрушаются от уда­ров и хорошо сопротивляются истиранию.

Цементации подвергают детали из углеродистой и легированной стали с содержанием угле­рода от 0,08 до 0,35%. Богатые углеродом смеси, применяемые для цементации, — карбюризаторы — могут быть твер­дыми,   жидкими и газообразными.

Карбюризатор представляет собой порошкообразную смесь, состоящую из древесного угля (70%), углекислого бария ВаСO3 (20—25%) и углекислого кальция СаСO3 (3—5%).

Температуру цементации принимают на 20—50° выше точки АC3 . Температура до 920—930° С позволяет почти в два раза сократить длительность процесса без ухудшения механических свойств стали. Насыщение стали углеродом происходит путем непосредственного соприкосновения частиц угля с поверхностью стальных деталей в газовой среде, которая служит передатчиком углерода.

При пра­вильном подборе карбюризатора содержание углерода в поверх­ностном слое не превышает 1,0—1,10%, что можно считать нормальным. Продолжительность цементации — от 5 до 15 и более часов в зависимости от глубины науглероживания и марки стали.

Для це­ментации могут быть использованы самые разнообразные печи — камерные, непрерывного действия, с вращающейся ретортой, обо­греваемые мазутом, газом или электрические.

Жидкостной  цементации подвергают мелкие изде­лия; их погружают в расплавленные соляные ванны, состоящие из 75-85% Na2CO3 (сода), 10-15% NaCl(поваренная соль) и 6—10% SiC(карбид кремния).

Газовая  цементация в окиси углерода СО впервые была применена П. П. Аносовым.

Сущность ее состоит в том, что цементируемые изделия нагревают и выдерживают при температуре 920—950° С в печи, куда в течение всего процесса непрерывно по­дается цементирующий газ.

Для этой цели используют природный газ, состоящий в основном из метана СН4, или искусственные газы, получаемые в результате разложения (пиролиза) нефтепродуктов— керосина, различных масел, бензола, пиробензола и др. Основной составляющей искусственных газов также является метан СН4.

Детали загружают в муфельные печи, в которые вводят цемен­тирующие газы. При газовой цементации продолжительность про­цесса сокращается в 2—2,5 раза. Так, для получения цементован­ного слоя глубиной 1,0—1,2 мм требуется затратить 4—5 часов.

Процесс газовой цементации более экономичен.

Азотирование.

Азотированием называется насыщение поверх­ности стали азотом. Основоположником азотирования стали явля­ется русский ученый проф. Н. П. Чижевский, который впервые ис­следовал и применил этот процесс. Для азотирования используют аммиак NH3.

Сущность азотирования заключается в том, что ам­миак при температуре 500—750° С разлагается на азот и водород, и активные атомы азота (атомарный азот), диффундируя в поверхност­ный слой, сообщают поверхности стали большую твердость, не влияя на механические свойства сердцевины деталей.

В промыш­ленности для изготовления деталей, подлежащих азотированию, в настоящее время широко применяют сталь марки 35ХМЮА или ее заменитель 35ХВФЮА. После окончательной механической обра­ботки детали закаливают от температуры 960° С с охлаждением в воде или в масле и подвергают отпуску при 600° С также с охлаждением в воде или в масле.

Затем детали азотируют. Продолжитель­ность азотирования от 12 до 60 и даже до 90 часов в зависимости от требуемой толщины азотированного слоя и характера процесса.

Длительность выдержки деталей в потоке аммиака в печи влияет на глубину азотированного слоя. В среднем при 500° С азот за каж­дые 10 часов диффундирует на глубину 0,1 мм.

На практике для сокращения времени азотирования процесс ведут путем ступенча­того нагрева: вначале в течение 12—15 часов при температуре 500— 520° С; затем температуру поднимают до 550—600° С и дают выдерж­ку 15—20 часов.

При таком режиме длительность процесса удается сократить в 2,0—2,5 раза. В результате азотирования твердость стали достигает НВ 1000—1100; последующей термической обработ­ки не требуется.

Азотирование применяют в машиностроении для получения вы­сокого качества дизельной аппаратуры, измерительного инстру­мента, зубчатых колес и др.

Цианирование — процесс одновременного насыщения поверх­ности стали углеродом и азотом для придания ей высокой твердости, сопротивляемости истиранию и коррозионной стойкости.

Одновременное присутствие в среде углерода и азота ускоряет их совместную диффузию в поверхностные слои стали. Такими средами могут быть расплавленные цианистые соли (жидкостное цианирова­ние), науглероживающие и азотирующие газы (газовое цианирова­ние), твердые порошки и пасты (твердое цианирование). Цианирова­нию подвергают углеродистые и легированные стали.

Существует два вида цианирования: высокотемпературное и низкотемпературное.

Высокотемпературное  цианирование при­меняют для деталей из углеродистой и легированной стали с содер­жанием углерода 0,3—0,4% с целью получения твердого, хороша сопротивляющегося истиранию поверхностного слоя и вязкой серд­цевины.

Такое цианирование проводится при температурах 780— 930° С, т. е. выше точки ЛГ1, когда сталь находится в состоянии аус-тенита и преобладает процесс насыщения ее углеродом.

Этот вид цианирования широко применяют на автомобильных заводах для зубчатых колес и различных мелких деталей.

Низкотемпературное  цианирование при­меняют для инструментов из быстрорежущей стали при температу­рах 500—600° С, т. е. ниже точки AC1, когда преобладает процесс насыщения стали азотом, с последующим медленным охлаждени­ем цианированного инструмента.

В последнее время на заводах вводится новый процесс циа­нирования — газовое цианирование, или нитроцементация. Газо­вое цианирование занимает промежуточное положение между газо­вой цементацией и азотированием и поэтому иногда называется нитроцементацией.

При газовом цианировании детали нагреваются в смеси газов, содержащих углерод и азот. Для этой цели используют смесь окиси углерода СО и аммиака ΝΗ3.

При их химическом взаимодействии образуются активный углерод и азот.

В последнее время газовое ци­анирование (нитроцементацию) производят в печах, оборудованных для газовой цементации, путем введения в рабочее пространство этих печей бензола или пиробензола.

Диффузионная металлизация.

Алитированием называется процесс насыщения поверхности стальных и чугунных деталей алюминием с целью повышения их жаростойкости. Алитированию подвергают главным образом мало­углеродистые стали.

Процесс алитирования может происходить в твердой, жидкой и газообразной средах. Наиболее распространен способ алитирования в твердой среде.

Детали, подлежащие алити­рованию, укладывают в железные ящики со смесью, состоящей из 49% порошка алюминия, 49% окиси алюминия и 2% хлористого аммония. Укладывать детали в ящики следует так же, как при це­ментации в твердом карбюризаторе.

Ящики плотно закрывают крыш­ками, обмазывают огнеупорной глиной, погружают в печь и на­гревают в течение 5—10 часов при температуре от 900 до 1100° С. За это время образуется алитированный слой глубиной 0,3—1,0 мм.

После алитирования детали подвергаются диффузионному от­жигу при температуре около 1000° С с выдержкой 4—6 часов. В ре­зультате отжига содержание алюминия в поверхностном слое сни­жается, что уменьшает хрупкость алитированного слоя.

При алитировании в жидкой среде в стальном тигле расплавля­ют алюминий, насыщенный 6—8% железа, и в него погружают де­тали. Алитирование производится при температуре 750—800° С в течение 50—90 минут. Такая выдержка обеспечивает получение слоя глубиной 0,2—0,35 мм.

При газовом алитировании изделие вместе с порошком ферро­алюминия погружают в реторту и пропускают хлористый водород. После обменных реакций, протекающих при температуре 850 — 1000° С, атомарный алюминий диффундирует в поверхностные слои деталей.

Процесс газового алитирования длится обычно не более 4 часов. За это время можно получить алитированный слой глубиной 0,4 мм. После окончания процесса как жидкого, так и газового алитирова­ния рекомендуется производить диффузионный отжиг.

Диффузионным хромированием называют процесс насыщения поверхности стали хромом. Хромирование может производиться в твердых, газовых и жидких средах.

При жидком хромировании изделия нагревают в ванне из рас­плавленных хлористых солей бария, магния и кальция с добавкой феррохрома и хлористого хрома. Процесс ведется при температуре 980-1000° С.

При хромировании в газообразной среде изделия нагревают до 950—1050° С в атмосфере парообразного хлористого хрома.

В низкоуглеродистых сталях хром растворяется в α-железе. В высокоуглеродистых сталях хром образует карбиды.

Хромированию подвергают различные детали и инструменты, от которых требуются высокая износоустойчивость, коррозионная стойкость и жаропрочность,—такие, как сверла, калибры, клапаны компрессоров и т. д. Жаростойкость хромированных сталей состав­ляет 800—850° С.

Силицированиемназывают процесс поверхностного насыщения стали кремнием с целью повышения кислотоупорности, сопротивле­ния износу и жаростойкости деталей. Силицирование проводят в твердом, жидком и газообразном цементаторе.

Для твердого  силицирования используют смесь ферросилиция с шамотом. Чтобы ускорить процесс, добавляют хлористый алюминий. Процесс ведут при 1100 — 1200° С. При вы­держке 4—10 часов образуется силицированный слой глубиной 0,2—0,7 мм.

При жидком  силицировании используют хло­ристые соли с добавкой ферросилиция. Процесс ведут при 950— 1000° С.

Газовое  силицирование имеет наибольшее про­мышленное значение; его проводят аналогично алитированию, с ис­пользованием ферросилиция. Процесс идет более интенсивно, чем в предыдущих случаях. После выдержки при 1050° С в течение 2 часов получают слой толщиной 1,0 мм, насыщенный кремнием.

Характерной особенностью силицированного слоя является его пористость. Если проварить деталь в масле при температуре 150— 200° С, масло, впитываясь в поры, способствует самосмазыванию детали, повышая ее стойкость при работе на истирание. Жаростой­кость силицированных деталей не превышает 800—850° С.

Сущность  сульфидирова­ния заключается в насыщении поверхности стальных деталей се­рой на глубину 0,2—0,3 мм путем их нагрева в расплавленных серноазотистых солях при температуре 550—600° С с выдержкой в те­чение 2—3 часов. В результате поверхность деталей насыщается се­рой до 0,5% и азотом до 1,0%.

Сульфидированные детали хорошо работают на трение. По лабораторным исследованиям износоустой­чивость деталей после сульфидирования повышается в 2—3 раза.

Сульфоцианирование — процесс поверхностного на­сыщения стали серой, углеродом и азотом. Совместное влияние серы и азота в поверхностном слое металла обеспечивает более высокую износоустойчивость. Сульфоцианирование проводится обычно в соляных ваннах при температуре 550—600° С.

Источник: Остапенко Н.Н.,Крапивницкий Н.Н. Технология металлов. М. Высшая школа,1970г.

Источник: https://markmet.ru/tehnologiya_metallov/khimiko-termicheskaya-obrabotka-stali