Азотирование, цианирование.

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

Азотирование производится в герметизированных муфельных камерных или шахтных печах путём нагревания деталей в атмосфере подаваемого под давлением газообразного аммиака NH3. При температуре 500-750ºС аммиак разлагается на азот и водород. Атомы азота поглощаются поверхностью металла, диффундируют вглубь и, соединяясь с атомами железа, образуют твёрдое соединение – нитрид.

Для повышения коррозионной стойкости деталей из углеродистой и конструкционной сталей процесс азотирования проводят при более высоких температурах (600-700ºС) 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 500ºС 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 колёса, валы, клапаны и сёдла 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 диффузию (насыщение) в поверхностные слои стали.

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

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

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

Высокотемпературное цианирование применяют в целях повышения твёрдости 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 780-930ºС в ваннах, содержащих 20-40%-ные расплавы цианистых солей с нейтральными солями.

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

Среднетемпературное цианирование осуществляется при температуре 820-860ºС.

Низкотемпературное цианирование применяется с целью повышения режущих свойств инструментов, изготовленных из быстрорежущих и высоколегированных сталей. Цианирование быстрорежущих сталей Р18 и Р9 ведут при температуре 550-570ºС, высокохромистых сталей – при 510-520ºС. 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 550-900ºС 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.