Азотирование

Это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных деталей азотом.

Цель – создание поверхностного слоя с особо высокой твердостью, износостойкостью, повышенной усталостной прочностью и сопротивлением коррозии в водной среде, паровоздушной и влажной атмосфере.

Азотированию обычно подвергают легированные среднеуглеродистые стали типа 38Х2МЮА, 35ХМА, 38Х2Ю6, 3Х2В8, 5ХНМ. Образующиеся нитриды железа не обеспечивают достаточно высокой твердости. Высокую твердость азотированному слою придают нитриды легирующих элементов, прежде всего - хрома, молибдена, алюминия. При совместном легировании стали этими элементами твердость азотированного слоя достигает по Виккерсу 1200 HV, в то время как после цементации твердость составляет около 900 HV.

Азотированию подвергают обычно готовые изделия, прошедшие чистовую механическую и окончательную термическую обработку. Участки, не подлежащие азотированию, защищают нанесением тонкого слоя олова (10-15 мкм) электролитическим методом или жидкого стекла.

До азотирования детали подвергают закалке и высокому отпуску 600-675С (улучшению), температура которого выше максимальной температуры азотирования. В таком случае при азотировании в сердцевине сохраняется структура сорбита (полученная в процессе улучшения), которая имеет высокую прочность и вязкость. Высокая прочность металлической основы необходима для того, чтобы тонкий и хрупкий азотированный слой не продавливался при работе детали.

Процесс азотирования состоит в выдержке в течение довольно длительного времени (до 60 часов) деталей в атмосфере аммиака при 500-600С, который при нагреве разлагается на азот и водород: NH₃  3H + N. Образовавшийся свободный азот, находящийся в атомарном состоянии, проникает в решетку -железа, диффундирует и образует с элементами, входящими в ее состав (Fe, Cr, Al и др.) различные нитриды, обладающие высокой твердостью (до 70 HRC).

Толщина азотированного слоя составляет 0,25-0,75 мм.

Высокая твердость после азотирования достигается сразу и не требует последующей термической обработки. После азотирования детали шлифуют или полируют.

Азотированный слой сохраняет свою твердость до 400-600С.

Нитроцементация, Цианирование

Это процесс совместного насыщения поверхности стальных деталей азотом и углеродом.

Цель – повышение износостойкости, предела выносливости при изгибе, твердости и коррозионной стойкости.

Нитроцементация – это процесс насыщения поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом в газовой среде азота 40 %, водорода 40 % и оксида углерода 20 % при температуре 850-870С (что почти на 100С ниже, чем при цементации) в течение 4…10 часов. После нитроцементации осуществляют закалку (после подстуживания до 800-825С) и низкий отпуск. После закалки и низкого отпуска (160-180С) структура слоя состоит из мелкокристаллического мартенсита, остаточного аустенита и небольшого количества дисперсных включений карбонитридов. При этом твердость поверхностного слоя составляет 58-60 HRC и толщина слоя достигает 0,2-0,8 мм.

Цианирование – это процесс насыщения поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом в расплавленных цианистых солях.

В зависимости от температуры процесса различают высокотемпературное (850-950С) и низкотемпературное (500-600С) цианирование. Чем выше температура цианирования, тем меньше насыщение поверхностного слоя азотом и больше углеродом. Совместная диффузия углерода и азота протекает быстрее, чем диффузия каждого из этих элементов в отдельности.

После высокотемпературного цианирования на глубину 0.6-1.8 мм в течение 3-10 часов детали подвергают закалке и низкому отпуску, твердость 59-62 HRC. После низкотемпературного цианирования отпуск не производится. При этом достигается глубина цианированного слоя 0.01-0.04 мм с твердостью 1000HV.

Существенный недостаток цианирования – ядовитость цианистых солей, что требует принятия специальных мер по охране труда и окружающей среды и, как следствие, более высокая стоимость процесса. В связи с этим разработаны низкотемпературные процессы насыщения углеродом и азотом из расплавов нетоксичных солей – цианатов и карбонатов.