2.2 Азотирование стали

Азотирование стали, т. е. процесс насыщения поверх­ности металла азотом, широко используется в машино­строении как один из методов поверхностного упрочне­ния изделия. Для этого изделия, прошедшие предвари­тельно термическое улучшение и полную механическую обработку, нагревают в потоке аммиака NH₃ при темпе­ратуре 500—600°С. Аммиак разлагается на азот и водород (2NH₃→3H₂+2N). Получившийся при диссоциации аммиака атомарный азот диффундирует в сталь, образуя твёрдые растворы в α- и γ-железе и химические соединения с железом – нитриды (Fe₂N, Fe₄N).

Твёрдостное азотирование производится для увеличения твёрдости, износостойкости и усталостной прочности деталей.

Этот процесс ведётся при 500-520°С в течение 8-90 часов для получения слоя глубиной 0,1-0,8 мм. По окончании процесса детали охлаждаются вместе с печью в потоке аммиака до 200-300°С, а затем на воздухе. После азотирования не требуется никакой дополнительной термической обработки (закалки). Твёрдость слоя по Виккерсу (HV) достигает 1200 единиц.

Антикоррозионное азотирование производится для увеличения сопротивления стали коррозии. Этот процесс ведётся при температуре 600-700°С в течение 1-2 часов на небольшую глубину.

Нередко антикоррозионное азотирование совмеща­ют с закалкой. Процесс ведется при 770—850°С (стали У8, У10, Х15 и др.) с небольшой выдержкой в течение 10—15 минут, а затем изделие закаливается в масле или воде. Степень диссоциации аммиака 70—80%.

Азотирование деталей производится в электропечах, снабженных герметически закрывающимися муфелями. Детали помещают на сетках или в корзинах в холодный муфель. Печь постепенно нагревают до температуры про­цесса и одновременно подают аммиак. Аммиак при 400— 450°С начинает разлагаться с выделением атомарного азота.

Для твердого азотирования применяют главным об­разом легированную конструкционную сталь 38ХМЮА.

Рис.8 Микроструктура азотированного слоя железа (при 650 ºС с медленным охлаждением), ×500

Рис.9 Влияние продолжительности азотирования на глубину слоя (а) и поверхностную твёрдость (б) стали 38Х2МЮА

2.3 Цианирование

Цианированием называется процесс насыщения по­верхности стальных изделий одновременно углеродом и азотом.

В машиностроительной промышленности применяют три способа цианирования: жидкостное, газовое, твер­дое.

Жидкостное цианирование производится в ванне с расплавленными нейтральными солями (NaCl, Na₂CO₃, CaCl₂ и др.), содержащими цианистые соли NaCN, KCN и др.

Газовое цианирование осуществляется в газовой среде, состоящей из смеси цементирующих и азотирующих газов. Этот процесс известен в практике под названием нитроцементации.

Твёрдое цианирование выполняется в твёрдом цианизаторе, состоящем из смеси древесного угля, жёлтой кровяной соли (K₄Fe(CN)₆) и кальцинированной соды (Na₂CO₃) или углекислого бария (BaCO₃).

В зависимости от температуры процесса различают три вида цианирования: низко-, средне- и высокотемпера­турное.

Низкотемпературное цианирование производится при 550—570°С и применяется главным образом для повы­шения твердости, износостойкости и красностойкости ин­струмента из быстрорежущей стали. Глубина слоя 0,015—0,04 мм.