4. Ціанування (нітроцементація) сталей

Ці процеси застосовують для середньовуглецевих і середньолегованих сталей. Процес одночасного дифузійного насичення поверхневого шару металевих виробів вуглецем і азотом в середовищі розплавлених ціаністих солей (NaCN і КСN) при температурі 820-960°С називають ціануванням.

Процес одночасного насичення вуглецем і азотом в газовому середовищі (азоту - 40%, водню - 40%; і оксиду вуглецю - 20%;) при температурі 850-870°С називають нітроцементацією.

Ефективність цих процесів підвищена в порівнянні із цементацією і азотуванням завдяки тому, що дифузія вуглецю значно прискорюється в присутності азоту. Основною метою цих процесів є підвищення твердості та зносостійкості поверхневих шарів деталі. В результаті хімічних реакцій при високих температурах вуглець і азот дифундують в поверхневі шари. В залежності від температури, відрізняють низькотемпературне, середньотемпературне і високотемпературне ціанування.

При низькотемпературному ціануванні процес ближче до азотування і поверхневі шари насичуються азотом. Низькотемпературному ціануванню піддають в основному деталі із конструкційних сталей ікмшчасті вали, шестерні), а також штампи, пресформи, різальний інструмент. Цей процес іноді, виділяють як окремий і називають карбонітрація. Дифузійне насичення азотом і вуглецем відбувається в середовищі розплавів карбонатів і ціанідів (наприклад, КСNО, NаСN і Nа₂СО₃) шляхом продування цих солей повітрям при температурі 500-600°С. При цьому вільні азот і вуглець дифундують в сталь, утворюючи зносостійкий карбонітрідний шар Fе₃(С, N) завтовшки до 15../20 мкм, під яким розташовується азотований шар (≈0,5мм). Твердість вуглецевих сталей після низько температурного ціанування складає НRС40...42 (НV 4000). Тривалість процесу від 0,5 до 3 годин.

Середньотемпературне ціанування дозволяє отримати шар до 0,15...0,35мм. Проводять цей процес при температурі 820...860°С в середовищі розплавів карбонатів і ціанідів. Тривалість процесу залежить від необхідної глибини і складає 0,5...1,5 години. Ціанований шар вміщує ≈0,6...0,7% вуглецю і 0,8... 1,2% азоту. Середньотемпературне ціанування дозволяє безпосередньо з температури процесу виконувати гартування і після цього проводять низькотемпературний відпуск (180...200°С). Після термообробки ціанованого шару його твердість складає НRС 58...62 (НV 6940...8250). Цей вид ціанування використовують для дрібних деталей двигунів внутрішнього сгоряння, підвіски, рульового управління, деталі із швидкорізальних і високохромистих сталей.

Високотемпературне ціанування використовують для отримання дифузійних шарів завтовшки 2мм. Температура процесу при цьому складає 930...950°С, що сприяє прискоренню дифузії азота і вуглецю. При цьому вміст вуглецю сягає до 0,8...1,2%, азоту - 0,2...0,3%, тобто процес стає ближчим до цементації. Тривалість витримки деталей в розплавах солей складає 1,5...6 годин.

Після високотемпературного ціанування деталі охолоджують на повітрі, потім гартують з нагріванням в соляній ванні або в печі.

Мікроструктура ціанованого шару по глибині після термообробки складається з таких зон: на поверхні – азотований мартенсит, далі – мартенсит і троостит, і в серцевині – троостит. Перевагою цього процесу в порівнянні із цементацією є зменшена тривалість процесу, менші деформації і жолоблення деталей складної форми (шестерні, валики і ін.), вища зносостійкість і опір корозії. Загальним недоліком процесів ціанування є висока їх вартість і токсичність, що потребує спеціальних засобів для забезпечення охорони праці.

Нітроцементація проводиться в газовому середовищі на протязі 4...10 годин і дозволяє отримати дифузійний шар до 0,25...1 мм. Призначення — підвищення зносостійкості, межі витривалості при згині, твердості і корозійної стійкості. Після гартування і низького відпуску твердість поверхневого шару складає HRС 58-60. Застосування штроцементації таке ж, як і звичайної цементації, але вона забезпечує менше жолоблення деталей складної форми.