Азотування, ціанування
Азотування, ціанування - розділ Енергетика, Електроматеріалознавство Азотуванням Називається процес насичення поверхневого шару сталевих деталей.
Азотування називається процес насичення поверхневого шару сталевих деталей азотом. Мета азотування – отримання високої твердості та зносостійкості, хорошої опірності дії змінних навантажень, високої межі витривалості та корозійної стійкості.
Азотування проводиться в герметизованих муфельних камерних або шахтних печах шляхом нагрівання деталей в атмосфері газоподібного аміаку NH3, що подається під тиском. При температурі 500-750 С аміак розкладається на азот і водень. Атоми азоту поглинаються поверхнею металу, дифундують углиб і, з'єднуючись з атомами заліза, утворюють тверду сполуку – нітрид.
Для підвищення корозійної стійкості деталей з вуглецевої та конструкційної сталей процес азотування проводять за більш високих температур (600-700ºС) протягом 0,5-1ч. Глибина азотованого шару залежить від температури та тривалості процесу азотування, а також від хімічного та структурного складу сталі; в середньому при 500ºС азот за кожні 10годдифундують на глибину 0,1мм.
Азотування зазвичай піддають деталі, попередньо піддані загартування, відпуску та механічної обробки, включаючи шліфування; до таких деталей відносяться гільзи циліндрів двигунів, зубчасті колеса, вали, клапани та сідла для клапанів, шпинделі та ходові гвинти верстатів, вимірювальні інструменти тощо.
Ціанування називається процес одночасного насичення поверхні деталей вуглецем і азотом. Залежно від температур, за яких здійснюється процес, розрізняють три види ціанування: високотемпературне, середньотемпературне танизькотемпературне. Одночасна присутність у середовищі вуглецю та азоту прискорює їхню дифузію (насичення) у поверхневі шари сталі.
Такими середовищами можуть бути тверді порошки і пасти (тверде ціанування), розплавлені ціаністі солі (рідинне ціанування), гази, що навуглерожують і азотують (газове ціанування).
Тверде ціанування здійснюється аналогічно твердої цементації, при цьому карбюризатор додають ціаністі солі. Таке ціанування застосовується головним чином підвищення механічних властивостей ріжучого інструменту. Ціанування надає металу більшої зносостійкості, ніж цементація.
Рідинне ціанування проводиться у ваннах з розплавами ціаністих солей з метою підвищення твердості та зносостійкості поверхні деталей, виготовлених з конструкційних низьковуглецевих, а також швидкорізальних та високолегованих сталей.
Високотемпературне ціанування застосовують з метою підвищення твердості та зносостійкості поверхні деталей, виготовлених з конструкційних низьковуглецевих сталей 10, 20, 35, 12ХН3А та інших, що містять 0,10-0,40% вуглецю. Воно здійснюється при температурі 780-930ºС у ваннах, що містять 20-40%-ві розплави ціаністих солей з нейтральними солями.
Тривалість рідинного ціанування коливається від 5хвдо 1ч. Глибина ціанованого шару зазвичай не перевищує 0,35мм. Для надання ціаністого шару високої твердості деталі піддають гартуванню та відпустці.
Середньотемпературне ціанування здійснюється за нормальної температури 820-860ºС.
Низькотемпературне ціанування застосовується з метою підвищення ріжучих властивостей інструментів, виготовлених із швидкорізальних та високолегованих сталей. Ціанування швидкорізальних сталей Р18 та Р9 ведуть при температурі550-570ºС, високохромистих сталей – при 510-520ºС. Глибина ціанованого шару при цьому досягає 0,02-0,06мм.
Недоліком рідинного ціанування є отруйність ціанистих солей, а також висока вартість.
Газове ціанування (нітроцементація) займає проміжне положення між газовою цементацією та азотуванням. Газове ціанування відрізняється від газової цементації тим, що до цементуючого газу додають аміак, що дає активізовані атоми азоту.
Сутність цього способу полягає в тому, що сталеві вироби нагрівають у герметично закритих печах муфельних при 550-900ºС в суміші аміаку (20-30%) і цементуючого газу (70-80%) протягом декількох годин. При цьому відбувається насичення сталі вуглецем та азотом. Таким чином, газове ціанування являє собою два одночасно йдуть процеси – цементацію та азотування. Звідси газове ціанування називають нітроцементацією.