Азотирование и цианирование

Категория:
Металлы


Азотирование и цианирование

Азотированием называется процесс насыщения поверхностных слоев изделия азотом. Оно сообщает высокую твердость, повышает износостойкость и усталостную прочность деталей.

Перед азотированием изделие из легированной стали, обычно содержащей хром, алюминий и молибден, подвергается закалке с высоким отпуском на сорбит и проходит полную механическую обработку. Затем оно помещается в печь, представляющую собой герметически закрытый муфель с электрическим обогревом, где и обрабатывается в атмосфере частично диссоциированного аммиака.

По окончании процесса азотирования печь выключается и деталь охлаждается под током аммиака до температуры около 200°. После азотирования деталь дополнительной термической обработке не подвергается и, пройдя легкую шлифовку, поступает на сборку.

Отсюда видно, что азотируемые детали в отличие от цементуемых сначала проходят термическую обработку, а затем подвергаются азотированию.

В связи с такой последовательностью операций азотированные изделия свободны от недостатков, свойственных цементированным деталям, проходящим термическую обработку после цементации.

Это является важнейшим преимуществом азотирования по сравнению с цементацией. Благодаря низкой температуре азотирования стальное изделие сохраняет сорбитную структуру. Диффундируя в металл, азот не только образует нитриды хрома, алюминия и молибдена, но и растворяется в феррите сорбита. Предельная растворимость азота в железе а имеет место при температуре 590° и составляет 0,42%, что во много раз превышает растворимость углерода.

Азотистый феррит входит в сорбит поверхностного слоя, содержащего высокотвердые нитриды. Такая структура сообщает поверхностному слою указанную высокую твердость.

Скорость азотирования при температуре 525° примерно в 10 раз меньше скорости цементации при 925° и составляет 0,01 мм в час. В практике азотирования получают обычно слои толщиной от 0,25 до 0,7 мм. Азотирование на глубину 0,7 мм продолжается 70—90 часов.

Большая продолжительность азотирования является его крупным недостатком. Однако высокая твердость и усталостная прочность, а также отсутствие короблений служат причинами применения этого метода для упрочнения ряда ответственных Деталей.

Стали для азотирования

Наряду со сталью 38ХМЮА в настоящее время применяются также стали с никелем, вольфрамом и ванадием. Основными из них являются стали марок 18ХНМВА и 38ХНМФА, содержащие в среднем соответственно углерода 0,18 и 0,38%, хрома по 1,5%, никеля 4 и 1,5%, молибдена 0,2 и 0,3%. Кроме того, сталь 18ХНМВА содержит 0,5% вольфрама (В), а сталь 38ХНМФА — 0,15% ванадия (Ф). Особенно желательно применение последней стали, как содержащей небольшое количество никеля.

Азотирование является эффективным средством повышения усталостной прочности деталей машин, причем особенно действенным оно оказывается для деталей и образцов, имеющих надрезы.

На обычных гладко полированных образцах предел выносливости в результате азотирования повышается с 49 кГ/мм2 всего лишь до 52 кГ/мм2, причем с увеличением диаметра эффективность азотирования уменьшается. На образцах с надрезом в виде кольцевой канавки при азотировании происходит повышение предела выносливости с 24 до 42 кГ/мм2, а на образцах с надрезом в виде поперечного сверления — с 14 до 29 кГ/мм2.

Азотированные изделия не изменяют структуры и свойств при нагреве до температур порядка 500—600°.

Цементованные детали, имеющие в поверхностном слое мар-тенситную структуру, снижают твердость при нагреве, начиная уже с 220—250°. Местное предохранение от азотирования осуществляется гальваническим лужением, при этом слой олова имеет толщину 0,008 мм.

Цианирование представляет собой процесс насыщения поверхностных слоев изделия одновременно углеродом и азотом. Различают низкотемпературное и высокотемпературное цианирование; первое применяется для инструментальных сталей, а второе — для упрочнения деталей конструкций.

При высокотемпературном цианировании в состав цементующей смеси входят ядовитые цианистые соли. Поэтому процесс цианирования должен проводиться с соответствующими предосторожностями.

В состав одной из распространенных ванн для высокотемпературного цианирования входит 35% NaCN, 35% Na2C03 и 30% NaCl. В ряде случаев вместо ядовитого NaCN в ванну для цианирования вводится цианамид кальция CaCN2, обладающий меньшей ядовитостью.

Цианированию подвергаются детали как из углеродистых, и легированных сталей. Химическая сущность процессов, дотекающих при цианировании, характеризуется несколькими основными реакциями.

В верхних слоях цианирующей ванны, где имеет место непосредственный контакт расплавленных солей с кислородом воздуха, происходит окисление цианида натрия по реакции: 2NaCN + Ог = 2NaCNO. В более глубоких слоях ванны происходит диссоциация продуктов первой реакции — цианата натрия, а именно:

4NaCNO = Na2C03 + 2NaCN + СО + 2N.

Образовавшаяся окись углерода хорошо растворяется в расплавленных солях ванны и при контакте с деталями, находящимися в ванне, науглероживает их по известной реакции: 2СО -f 3Fe = Fe3C + С02. Активный атомарный азот, выделившийся при диссоциации цианата натрия, также насыщает циани-руемое изделие.

Термическая обработка цианированных изделий состоит из закалки и низкого отпуска, причем в качестве нагрева под закалку используется выдержка в цианирующей ванне, т. е. дополнительного нагрева не требуется. Низкий отпуск проводится с целью удаления остаточных напряжений, возникших при закалке, и превращения тетрагонального мартенсита в мартенсит кубический, являющийся менее напряженным и более вязким.

Твердость цианированного слоя является промежуточной между твердостью азотированного и цементованного слоев, так как при цианировании насыщающими элементами являются одновременно и углерод и азот.

Для повышения стойкости режущего инструмента из быстрорежущей стали иногда применяют низкотемпературное цианирование, проводимое в жидкой или газовой среде при 550—570° в течение 10—30 мин как заключительная операция после термической обработки. Для жидкого цианирования применяется расплавленная смесь солей с добавкой K4Fe(CN)6 или NaCN, а при газовом — газообразная смесь продуктов пиролиза керосина и аммиака.

Эффективной защиты покрытиями от совместного насыщения азотом и углеродом при цианировании не имеется. Поэтому Места, не подлежащие цианированию, приходится утолщать за счет специально оставляемых припусков, которые затем удаляются шлифовкой.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум