3.Азотирование.

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных изделий азотом (N₂). Осуществляется азотирование путем нагрева деталей в потоке аммиака (NH₃) при 480-650⁰С. Тонкий азотированный слой очень тверд, износостоек и хорошо сопротивляется коррозии.

Кроме того, азотирование создает на поверхности изделий остаточные напряжения сжатия, повышающие предел выносливости и долговечность.

Сущность процесса азотирования заключается в разложении NH₃ на N₂ и H₂: 2NH₃ =2N+3H_2. Активные (в момент выделения) атомы азота проникают в решетку -Fe и диффундирует в ней. В результате получается ряд структурных составляющих и переходных структур. В начале при азотировании получается  -фаза, т.е. твердый раствор N₂ в феррите, который при температуре 591⁰С растворяет до 0,42% N, а при атмосферной температуре – только до 0,015%N.

При повышении содержания N образуется ´- фаза, содержащая 5,7-6,1% N и представляющая собой твердый раствор на основе нитрида Fe (Fe₄N).

Наконец, при дальнейшем повышении содержания азота образуется ε - фаза – твердый раствор на базе нитрида Fe (Fe₃N), содержащая 8,0-11,2% азота. Наибольшее содержание в ней азоту отвечает нитриду Fe₂N (11,2%).

При температурах выше 591⁰С образуется  - фаза, представляющая собой твердый раствор азота в -Fe. Понижение температуры приводит к эвтектоидному распаду. Азотистый эвтектоид состоит из  и  '- фаз и содержит 2,35% N.

Твердость азотированного слоя простой углеродистой стали невелика, поэтому азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные стали.

При азотировании легированных сталей образуются нитриды специальных элементов: Al, Ti, V, Cr, Mo, W и Mn: AlN, TiN, VN и т.д., которые придают азотированному слою очень высокую твердость.

Хорошие результаты дает азотирование нержавеющей и жароупорной стали. Замечательные антифрикционные свойства обнаруживает азотированная поверхность графитизированной стали, т.е. стали, имеющей в структуре графит. Она отличается высокой твердостью и износостойкостью; вместе с тем, графит удерживает смазку и понижает коэффициент трения, что очень важно для гильз, цилиндров, втулок и подшипников.

Азотированные детали обладают хорошей сопротивляемостью действию переменных напряжений и обладают высоким пределом выносливости, коррозионной стойкостью. Недостатком процесса азотирования является чрезмерная длительность процесса – 50-100 часов и необходимость применения легированных сталей.

Поэтому азотирование применяют там, где требуется особое качество деталей, например, в производстве дизельной аппаратуры, измерительного инструмента, гильз цилиндров, а также в тяжелом станкостроении.

4.Цианирование.

Цианированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных изделий одновременно углеродом и азотом при 820-950⁰С в расплавленных солях, содержащих группу «СN».

Если процесс проводят в среде цементирующего газа с небольшим количеством аммиака (NH₃) (газовое цианирование), то процесс чаще называют нитроцементацией (4-10 ч.).

В зависимости от температуры, при которой проводится процесс, различают высокотемпературное (930-950⁰С) и среднетемпературное (820-860⁰С) цианирование.

Для получения слоя 0,15-0,35 мм среднетемпературное цианирование ведут в ваннах с расплавом солей (20-25% NaCN, 25-50% NaCl и 25-50% Na₂CO₃). В зависимости от толщины слоя продолжать процесс 30-90 минут. При этом происходят следующие реакции:

2NaCN+O₂2NaCNO

2NaCNO+O₂Na₂CO₃+CO+2N

2COCO₂+Cат

Выделяющийся атомарный углерод и азот диффундируют в сталь. Цианированный слой содержит 0,7%С и 0,8-1,2%N.

Твердость цианированного слоя после термической обработки приблизительно HRC

58-62. По сравнению с цементированным слоем цианированный обладает более высокой износостойкостью и пределом выносливости.

Для получения слоя толщины 0,5-2,0 мм применяют высокотемпературное или глубокое цианирование. Время равно 1,5-6 часов. В составе солей 82% BaCl₂, 8% NaCN, 10% NaCl.

В этих условиях сталь насыщается в большей степени углеродом – 0,8-1,2% и в меньшей – азотом (0,2-0,3%).

Строение цианированного слоя аналогично цементированному. После высокотемпературного цианирования детали охлаждают на воздухе, а затем для измельчения зерна закаливают с нагревом в соляной ванне или печи и подвергают низкотемпературному отпуску.

Процесс цианирования по сравнению с цементацией требует меньше времени для получения нужной толщины слоя, характеризуется меньшими деформациями и короблением, более высоким сопротивлением износу и коррозии. Недостаток: высокая стоимость цианистых солей, токсичность, меры по охране труда.