2. Дефекти азотування і їх попередження.

Знижена глибина шару. Головні причини цього дефекту - знижена температура процесу і недостатній час витримки.

Знижена твердість шару. Можлива при завищеній температурі процесу, що призводить до зниження твердості.

Крихкість і лущення. Крихкість азотованого шару виникає при пересиченні його азотом. Крихкість такого роду частіше виникає при одноступінчатому циклі азотування з великою тривалістю процесу. Для зменшення крихкості необхідно зішліфувати шар завтовшки 0,01 - 0,05мм. Поверхнева твердість при цьому не знижується. Для зменшення крихкості після закінчення азотування деталі витримують в атмосфері повністю диссоційованого аміаку впродовж 1 години, не знижуючи температуру.

Ціанування

Ціанування — процес хіміко-термічної обробки сталі, при якому відбувається спільне насичення поверхні виробу, як вуглецем, так і азотом. Глибина ціанування невелика, в межах 0,1-0,2мм. При ціануванні підвищується поверхнева твердість сталі, її зносостійкість і межа пружності. Особливо помітний ефект ціанування на дрібних і середніх деталях — шестернях, поршнях, пальцях і тому подібне.

Ціанування засноване на розкладанні ціаністих з'єднань, що легко відщепляють від себе групу ціану (СN); оскільки в групі ціану знаходяться атоми вуглецю і азоту, то при розкладанні ціаністих солей залізо насичується відразу двома елементами. Ціанування може відбуватися в твердому, рідкому і газоподібному середовищах. (Карбонітрирування, при якому відбувається одночасне насичення сталі з газового середовища вуглецем і азотом. Сульфоціанування зводиться до насичення поверхні деталей вуглецем, азотом і сіркою при 570^о З впродовж 2 годин).

Як і цементація, ціанування застосовується, для підвищення зносостійкості і довговічності різноманітних деталей машин і інструменту.

Ціанування деталей з конструкційних сталей в порівнянні з цементацією має ряд переваг. Ціанування забезпечує: вищу зносостійкість, антикорозійну стійкість і теплостійкість внаслідок наявності в поверхневому шарі азоту; меншу деформацію деталей при загартуванні безпосередньо після ціанування завдяки нижчій температурі цього процесу; вищу швидкість процесу під впливом активізуючої дії азоту, а при рідинному ціануванні — також завдяки меншій тривалості і нижчій температурі процесу.

Рідинне ціанування

Залежно від температури процесу рідинне ціанування буває високотемпературним (900-960^оС), средньотемпературным (820-870^оС) і низькотемпературним (540-590^оС). Високо і средньотемпературне ціанування застосовуються для деталей з конструкційних сталей, а низькотемпературне - як для конструкційних, так і для інструментальних.

З інструментальних придатні тільки ті сталі, які після загартування проходять відпуск при верхній межі температури 500^оС. Інакше нагрівання при ціануванні призведе до зниження твердості.

Перевагою усіх видів рідинного ціанування є висока швидкість процесу, що пояснюється швидкістю нагрівання в рідкому середовищі і високою активністю ціаністих ванн. Основні недоліки - отруйність ціаністих солей, що вимагає дотримання спеціальних заходів техніки безпеки, і висока вартість процесу внаслідок дорожнечі цих солей.

Деталі перед ціануванням проходять повну механічну обробку. При необхідності залишається припуск під шліфування 0,1 - 0,2мм. Для оберігання окремих ділянок деталей від ціанування застосовують гальванічне міднення.

Один із видів рідинного ціанування –

Середньо і високотемпературне ціанування.

Середньотемпературне ціанування застосовується переважно для дрібних деталей: шестерень малого модуля, пальців, втулок, гайок, шайб і тому подібне, для яких потрібна порівняно невелика глибина шару - до 0,5мм. При температурі процесу 820-870^оС і тривалості витримки в межах від 0,5 до 1,5 години глибина ціанованого шару складає 0,2-0,5мм. Збільшення тривалості витримки при такій температурі не дає досить великого збільшення глибини шару. Тому при обробці середніх і великих по розмірах деталей, коли потрібна глибина шару 1,5-2,0мм, температуру процесу підвищують до 900 - 960^оС. Такий процес називають високотемпературним, а іноді - глибоким ціануванням.

Ціанування можна застосовувати для деталей, як з вуглецевих сталей, так і з легованих сталей. Оскільки ціанований шар має вищу міцність і зносостійкість, ніж цементований, то для підвищення загальної працездатності деталей треба підвищити міцність їх серцевини. З цією метою для ціанування рекомендується застосовувати сталі із вмістом 0,2-0,4 % вуглецю, що дещо вищий, ніж в деталях, що цементуються.

Після середньо- і високотемпературного ціанування, як і після цементації, деталі обов'язково проходять загартування у воді або маслі і потім - низький відпуск при температурі 160-200^оС.

Ціанування сталей з підвищеним вмістом хрому і нікелю, наприклад, 20Х2Н4А, 12ХН3А, недоцільно, оскільки це призводить до зниження твердості і зносостійкості деталей. Загартування ж з повторного нагріву, як це практикується при цементації, призводить до деазотування, тобто зниженню вмісту азоту в шарі, і тоді не досягається мета ціанування.

Вживані склади ванн для високотемпературного рідинного ціанування.

Суть процесів, що відбуваються у ванні, зводиться до того, що ціаніста сіль в умовах високої температури взаємодіє з киснем повітря і розкладається. В результаті утворюються азот, вуглець і сода. Азот і вуглець витрачаються на насичення поверхні деталей, а сода поступово накопичується у ванні (потім відділяється за допомогою додавання куховарської солі).

Якнайповніше використання переваг ціанування досягається при безпосередньому гартуванні деталей з ціаністої ванни. Потім після середньотемпературного ціанування вуглецевих, низьковуглецевих і низьколегованих сталей завжди практикується безпосереднє гартування. Це дає добрі результати тому, що температура ціанування в даному випадку мало відрізняється від температури гартування, а внаслідок невеликої тривалості процесу зерно в сталі істотно не збільшується.

Після високотемпературного ціанування деталі з дрібнозернистих сталей треба гартувати безпосередньо з ціаністої ванни. Проте як і при цементації для деяких сталей, що містять хром і підвищену кількість нікелю (12ХН3А, 18Х2Н4ВА), таке гартування призводить до утворення великої кількості залишкового аустеніту. В цьому випадку деталі слід охолоджувати на повітрі, а потім піддати їх наступним високому відпуску і гартуванню з повторного нагріву. Проте при цьому відбувається деазотування, процес ускладнюється, і доцільність ціанування знижується.

Для зменшення викривлення деталей охолодження при гартуванні рекомендується робити в гарячому маслі або лужній ванні (63 % КОН + 37 % NaOH) при температурі 180-200^оС.

Після ціанування і гартування деталі піддають спеціальній обробці для знешкодження залишків солей на їх поверхні. На закінчення робиться промивання в гарячій воді і їх просушування.

Низькотемпературне рідинне ціанування.

Таке ціанування застосовується для підвищення довговічності деталей з конструкційних сталей; для підвищення стійкості різального інструменту зі швидкорізальної сталі, а також пуансонів і матриць гарячого штампування і прес-форм лиття під тиском із сталей Х12М, 3Х2В8 та ін.

Низькотемпературне ціанування підвищує стійкість інструменту зі швидкорізальної сталі в 1,5 -2,0 рази.

Ціанування виконується після остаточної термічної і механічної обробки, включаючи заточування і шліфування. Тому температура процесу має бути не вище за температуру передуючого відпуску. Зазвичай вона встановлюється в межах 540-560^оС. При зниженні температури сповільнюється процес, знижується вміст азоту у шарі і шар стає крихким. Підвищення температури призводить до збільшення витрати солей, утворення пористості і тріщин у шарі і зниження твердості серцевини.

Склади ванн, рекомендовані для низькотемпературного ціанування,

Як показує практика експлуатації інструментів, максимальна стійкість їх в роботі досягається при глибині ціанованого шару в межах 0,02 - 0,04мм. Приведена тривалість витримки, необхідна для отримання ціанованого шару такої величини залежно від виду (форми) і розмірів інструментів.