В чем заключается сущность цианирования

Цианирование – процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температурах 600–1200 °С в расплавленных солях, содержащих группу NaCN (значительно ниже температур цементации и температур фазовых превращений). Различают низко-, средне- и высокотемпературное цианирование.

Наиболее часто это насыщение применяют для деталей, работающих на износ: винтов, шайб, осей, шестерён, а также инструментов из быстрорежущей и высокохромистой сталей; стойкость инструмента при этом повышается в полтора два раза.

Среднетемпературное цианирование сталей проводят в ванне, содержащей 20-25%NaCN и 25-50% Na2Cl3 25-50%NaCl при 820-960’С в течении 30- 90 мин для получения слоя небольшой толщины (0.15-0.36 мм) После цианирования при таких сравнительно невысоких температурах следует закалка непосредственно из ванны и низкий отпуск при 160-200 ‘С Твёрдость слоя достигает HRCэ 59-63.

Высокотемпературное цианирование проводят в ваннах, содержащих 8% NaCN, 8% BaCl 10% NaCl при 930-950 ‘C в течение 1.5-6 часов для получения слоя толщиной 0.5-2.0 мм. При цианировании в большей степени поверхность насыщается углеродом. После цианирования детали охлаждают на воздухе, а затем для измельчения зерна закаливают и подвергают низкому отпуску.

Низкотемпературное цианирование проводят в ваннах, содержащих 50-90% активных солей NaCN или NaCN и KCN, а остальные – неактивные соли – Na2CO3, NaCl, NaOH, KCH, при температурах 500-600 и иногда 700C Преимущественно идёт насыщение азотом. При температурах 550-570’C азотируют инструмент из быстрорежущих сталей после окончательной термической обработки. Толщина слоя 0.01-0.015 мм для инструментов с тонкой режущей кромкой. Продолжительность процесса от 10-15 минут до 2 ч.

Преимущества цианирования по сравнению с цементацией – значительно меньшая продолжительность процесса и более высокая износостойкость и коррозионная стойкость.

47. Диффузионная металлизация (алитирование, хромирование, силицирование, борирование).

Диффузионная металлизация – процесс, основанный на диффузионном насыщении поверхностных слоёв изделий из металлов и сплавов различными металлами. Д. м. проводят, чтобы придать поверхности металлических деталей специальные физико-химические и механические свойства. В зависимости от диффундирующего элемента различают: алитирование, диффузионное хромирование, молибденирование; марганценирование, хромоалитирование, хромотитанирование и другие виды. Диффузионное насыщение возможно из различных фаз: твёрдой, паровой, газовой и жидкой.

Алитирование – насыщение поверхности стальных и др. металлических деталей алюминием с целью повышения окалиностойкости до t 1100°С и сопротивления атмосферной коррозии.

Хромирование – нанесение хрома или его сплава на металлическое изделие для придания поверхности комплекса физико-химических свойств: высокого сопротивления коррозии, износостойкости, жаростойкости, высоких механических и электромагнитных свойств. наиболее распространены электролитический и диффузионный.

Силицирование – процесс химико-термической обработки, состоящий в высокотемпературном (950–1100 °С) насыщении поверхности стали кремнием. Силицирование придаёт стали высокую коррозионную стойкость в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах и несколько увеличивает стойкость против износа. Силицирование может производиться в газообразных и жидких средах как электролизным, так и безэлектролизным методом.

Борирование — химико-термическая обработка, заключающаеся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при нагреве в соответствующей среде (упрочнение поверхностей). Борирование чаще всего проводят при электролизе расплавленной буры применяют для повышения износостойкости втулок грязевых нефтяных насосов, дисков пяты турбобура, вытяжных, гибочных и формовочных штампов, деталей пресс-форм и машин литья под давлением.

Существует множество способов обработки стали, направленных на изменение ее свойств. Один из них — цианирование. Виды, технологии, принципы, особенности и применение данных работ рассмотрены далее.

Суть технологии

Цианированием называют один из видов химико-термической обработки стали. Суть данного метода состоит в насыщении металлических поверхностей азотом и углеродом в температурном диапазоне от 530 до 950°С. По технологии это напоминает совмещение азотирования и цементации.

Рассматриваемый метод используется для сталей различных типов. Так, осуществляют цианирование нержавеющей стали, легированной, высокохромистой, с различным содержанием углерода, без легирующих добавок, конструкционной, быстрорежущей.

Цель цианирования состоит в улучшении свойств металла. Так, данная технология обработки повышает твердость, предел выносливости, износостойкость материала. Принцип цианирования основан на диффузии в структуру материала углерода и азота.

Данный процесс включает две стадии:

• Сначала происходит насыщение верхнего слоя углеродом и азотом. Это продолжается 1 — 3 ч.
• Далее абсорбированные в структуру материала атомы азота могут десорбироваться (выходить через поверхность, перейдя в газовую фазу). При этом насыщение углеродом продолжается и на втором этапе.

Ход рассматриваемого процесса определяется температурным режимом. Так, в диффузионном верхнем слое при возрастании температуры сокращается содержание азота, и увеличивается количество углерода, причем непрерывно либо до конкретного момента. На последних стадиях операции концентрация азота начинает сокращаться. Вследствие этого возможна фиксация насыщения данным элементом верхнего слоя стали при различных температурах. Сокращение содержания азота и повышение концентрации углерода при возрастании температуры происходит линейно. Однако это актуально лишь для верхнего слоя материала, а в нижележащих данная закономерность не наблюдается.

Величина насыщения также значительно зависит от науглероживающих параметров среды, в которой осуществляется цианирование металла.

Кроме того, на особенности совместной диффузии воздействует количество азота, определяющее глубину распространения диффузии углерода и величину насыщения им слоя. Чрезмерное содержание азота может повлечь недостаточную скорость диффузии углерода. Это объясняется способствованием азота формированию карбонитридных образований на поверхности.

Глубина проникновения обоих элементов в сталь определяется ее микроструктурой. Однако в любом случае азот проникает на большую глубину, чем углерод.

Таким образом, результат работ определяется несколькими факторами. К ним относятся температура нагрева, концентрация азота и углерода, свойства среды и материала.

Поточный агрегат для цианирования

В результате на поверхности стали формируется двухслойное покрытие. Сверху расположен карбонитридный слой (Fe₂(C, N)) толщиной 10 — 15 мкм. Он характеризуется высокой износостойкостью и меньшей хрупкостью в сравнении с чистыми нитридами и карбидами. Нижележащий слой представлен азотистым твердым ферритом (мартенситом). Общая толщина — 0,15 — 2 мм.

Цианирование классифицируют на основе следующих особенностей:

• температурного режима;
• фазового состава среды.

На основе фазы среды цианирование классифицируют на:

Принцип называемого также нитроцементацией газового цианирования заключается в нагреве при 530 — 570°С на протяжении 1,5 — 3 ч. предмета в содержащей азот и углерод газовой смеси, включающей, например, аммиак (NH₃) и окись углерода (CO). Химическое взаимодействие названных газов приводит к формированию атомарных азота и углерода. Они создают слой, толщина которого определяется температурой и длительностью и составляет от 0,02 до 0,004 мм. Его твердость равна 900 — 1200 HV.

Технология твердого цианирования близка к твердой цементации. Отличие состоит в составе карбюризатора: для рассматриваемых работ применяют материал, содержащий цианистые соли. Твердое цианирование по производительности значительно уступает прочим видам, поэтому оно используется редко. Далее рассмотрены более подробно жидкое и газовое цианирование.

Установка для цианирования

Жидкое цианирование является наиболее распространенным способом. При этом применяют расплавленные цианистые соли, представленные NaCl, NaCN, Na₂CO₃, BaCl₂, BaCO₂ в различных концентрациях и сочетаниях.

Существует регламент, определяющий температурный режим и продолжительность работ для разных составов смесей. Он же отображает толщину получаемого в результате слоя, которая составляет 0,15 — 1,6 мм. Взаимодействие цианистых солей натрия с содой и солью приводит к их разложению с выделением атомарных азота и углерода. Основным компонентом цианистых солей является CN. Повышение его содержания приводит к возрастанию концентрации азота и углерода в диффузионном слое, но не сказывается на его толщине. Жидкое цианирование служит в качестве окончательной обработки стали.

На основе температурного режима цианирование подразделяют на низко- и высокотемпературное. Обработка металла первого типа обеспечивает большее насыщение азотом, а высокотемпературное цианирование — наоборот углеродом.

Жидкую высокотемпературную обработку, называемую также жидкостной цементацией, осуществляют путем выдерживания деталей в печах-ваннах при 840 — 950°С на протяжении 5 — 45 мин. Такой способ позволяет достичь толщины диффузионного слоя до 0,075 — 0,1 мм. Данный параметр определяется температурой и длительностью процесса. В любом случае наращивание слоя таким методом быстрее, чем при газовом цианировании. Однако данный способ весьма вредоносен, так как расплавленные цианистые соли токсичны. Поэтому необходимы особые меры безопасности при осуществлении таких работ.

Ввиду этого жидкостной высокотемпературной технологии предпочитают газовое цианирование, несмотря на меньшую скорость работ. Это компенсируется меньшей стоимостью. Его осуществляют при 830 — 950°С в муфельных печах на протяжении 1 — 2 ч. По завершении закалки и низкого отпуска твердость обработанного данным способом материала возрастает до 60 — 64 HRC (56 — 62 по другим данным).

Низкотемпературное цианирование стали среднеуглеродистого состава называют также тенифер-процессом. Он заключается в насыщении материала преимущественно азотом путем пропускания через него сухого воздуха при 540 — 600°С.

Перед низкотемпературным цианированием осуществляют термическую обработку полного цикла при 500 — 600°С.

Процесс цианирования стали

Таким образом, низкотемпературное цианирование создает слой с большим содержанием азота, а при высокотемпературном образуется покрытие преимущественно углеродного состава (концентрация углерода составляет 0,6 — 1,2%, азота — 0,2 — 0,6%).

Применение

Учитывая результаты цианирования, а именно придаваемые им свойства, данный способ обработки используют для подверженных значительным нагрузкам в процессе эксплуатации стальных деталей. К ним относят, например, шестерни и валы. Для данных предметов, а особенно их сердцевин, предъявлены повышенные требования не только к прочности, но и к вязкости. Эти характеристики и придает цианирование.

Область применения данной технологии обработки определяется ее типом. Так, низкотемпературную нитроцементацию используют для быстрорежущих сталей, цианирование — для среднеуглеродистых, быстрорежущих, высокохромистых сталей, а высокотемпературный способ — для шестерен и прочих деталей различных механизмов из простых углеродистых, легированных, средне- и низкоуглеродистых сталей. Кроме того, жидкое высокотемпературное цианирование может применяться с целью придания деталям товарного вида, так как, благодаря такой обработке, на поверхности образуется матовая текстура. Причем для этого нужно нагреть их в цианистой ванне без выдержки.

Достоинства, недостатки

При выборе способа обработки необходимо учитывать толщину изделий, так как тонкие предметы, подвергнутые цианированию, могут иметь большую хрупкость, чем обработанные по технологии обычной цементации детали. Это является недостатком рассматриваемой технологии. Кроме того, в результате такой обработки изменяются свойства не всего материала, а лишь его поверхностного слоя толщиной до 1,6 мм. Наконец, в ходе цианирования необходим постоянный контроль степени науглероживания и азотирования рабочей среды.

Основной положительной особенностью рассматриваемой технологии обработки является относительно невысокий температурный режим. Во-первых, это упрощает осуществление благодаря отсутствию необходимости охлаждения изделия по завершении. Во-вторых, повышает надежность оборудования, снижая его износ. В-третьих, не вызывает деформации обрабатываемых предметов. К тому же в подвергнутом цианированию материале содержится остаточный аустенит, способствующий улучшению многих параметров стали, а именно возрастает ударная вязкость поверхностей, стойкость к износу, прочность на изгиб, пластичность. Кроме того, цианирование повышает твердость (до 58 — 62 HRC) и контактную выносливость материала. Также подвергнутые газовому цианированию детали отличаются улучшенной прокаливаемостью благодаря повышению устойчивости аустенитной структуры стали. Так, например, низколегированную сталь после такой обработки можно закаливать в масле.

Близкие методы

Близким методом является мягкое азотирование. Его осуществляют при температуре примерно 590°С. Такую обработку используют для повышения износостойкости и предела выносливости среднеуглеродистых сталей.

Также по технологии рассматриваемая обработка близка к цементации. В сравнении с ней цианирование выгодно отличается тем, что образуемый слой обладает лучшей износостойкостью и устойчивостью к коррозии, большей твердостью, а также усталостной прочностью. Кроме того, благодаря меньшим температурному режиму и продолжительности процесса, не происходит рост зерен. Ввиду этого сразу по завершении цианирования осуществляют закалку, что придает поверхности большую твердость. Наконец, высокотемпературный процесс цианирования стали занимает меньше времени, чем цементация.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Процесс – цианирование

Процесс цианирования заключается в насыщении поверхности малоуглеродистой стали углеродом ( и частично азотом) путем погружения деталей в ванну с расплавленной цианистой солью. Толщина цианированного слоя ( до 0 3 мм) зависит от температуры и продолжительности цианирования, а также от состава соли. [16]

Процесс цианирования осуществляется при 850 – 900 С. [17]

Процесс цианирования по сравнению с процессом цементации требует меньшего времени для получения слоя заданной толщины, характеризуется значительно меньшими деформациями и короблением деталей сложной формы и более высокими сопротивлениями износу и коррозии. [18]

Процесс цианирования заключается в выдержке изделия в течение 15 – 20 мин. [19]

Процесс цианирования по сравнению с процессом цементации требует меньшего времени для получения слоя заданной толщины, характеризуется значительно меньшими деформациями п короблением деталей сложной формы п более высокими сопротивлением износу и коррозии. [20]

Процесс цианирования осуществляется при 850 – 900 С. [21]

Процесс цианирования заключается в насыщении поверхностного слоя готового режущего инструмента одновременно углеродом и азотом при температуре 540 – 560 С. В практике находит применение газовое цианирование в смеси аммиака и природного или генераторного газа. Цианированию подвергают главным образом сложные инструменты-фасонные, червячные и резьбовые фрезы. [22]

Процесс цианирования деталей из конструкционной стали заключается в выдержке деталей в ванне из расплавленных солей ь течение 20 – 90 мин. После нагрева производится непосредственная закалка деталей в воде или масле. Глубина цианированного слоя бывает от 0 1 мм до 0 45 мм в зависимости от температуры и времени выдержки. [23]

Процесс цианирования инструмента осуществляется при температуре отпуска быстрорежущего инструмента после окончательной термической и механической обработки. В зависимости от состава ванны и времени выдержки глубина цианированного слоя составляет 0 02 – 0 07 мм. Цианирование повышает хрупкость поверхностного слоя инструмента. [24]

Продолжительность процесса цианирования в зависимости от диаметра или толщины цианируемых инструментов колеблется в пределах от 45 мин. [25]

Сущность процесса цианирования заключается в одновременном насыщении поверхностных слоев стальных деталей углеродом и азотом. [26]

Продолжительность процесса цианирования в зависимости от диаметра или толщины цианируемых инструментов колеблется в пределах от 45 до 160 мин. [27]

Недостатком процесса цианирования является вредность паров циана для окружающего персонала. [28]

В процессе цианирования при 850 – 900 С в цианистых ваннах, содержащих цианплав ( ванна № 2 по табл. 41), и при глубоком цианировании при 900 – 950 С в низкопроцентных ваннах с цианистым натрием и хлористым барием ( ванны № 3 и 4 по табл. 41) сталь с поверхности насыщается углеродом примерно до той же концентрации, что и при цементации, и лишь немного ( 0 08 – 0 4 %) насыщается азотом. При цианировании в ванне № 1 сталь насыщается углеродом меньше, чем при цементации, но азотом насыщается до содержания 0 8 – 1 2 % в поверхностной зоне слоя. [29]