Химико-термическая обработка стали

IV  Нитроцементация 

  Нитроцементацией  называют процесс диффузионного  насыщения поверхностного слоя стали  одновременно углеродом и азотом при 840 – 860 ˚С в газовой среде, состоящей  из науглероживающего газа и аммиака. Продолжительность процесса 4 – 10 ч. Основное назначение нитроцементации – повышение твердости и износостойкости стальных изделий.

  Установлено, что при одновременной диффузии углерода и азота ускоряется диффузия углерода. Скорость роста нитроцементованного  и цементованного слоев на глубину 0,5 мм практически одинакова, хотя температура  нитроцементации почти на 100 ˚С ниже. Толщина нитроцементованного слоя обычно 0,2 – 0,8 мм.

  Толщина слоя при нитроцементации не должна превышать 1,0 мм. При большой толщине  слоя в нем образуется темная составляющая и другие дефекты, снижающие механические свойства стали.

  Для нитроцементации легированных сталей рекомендуется использовать контролируемую эндотермическую атмосферу, к которой добавляют 1,5 – 5,5% необработанного природного газа и 1,0 – 3,5% NH₃. Вместо эндогаза иногда применяют экзо – эндотермическую атмосферу, содержащую 20% Н₂, 20% СО и 60% N₂, что повышает сопротивление хрупкому разрушению и предел выносливости обрабатываемых изделий. В шахтных печах нередко применяют жидкий карбюризатор – триэтаноламин (C₂H₃O)₃N, который в виде капель вводят в рабочее пространство печи.

  После нитроцементации следует закалка  либо непосредственно из печи с подстуживанием до 800 – 825 ˚С, либо после повторного нагрева; применяют и ступенчатую закалку. После закалки проводят отпуск при 160 – 180 ˚С.

  При оптимальных условиях насыщения  структуры нитроцементованного  слоя должны состоять из мелкокристаллического  мартенсита, небольшого количества мелких равномерно распределенных карбонитридов и 25 – 30% остаточного аустенита.

  Твердость слоя после закалки и низкого  отпуска HRC 58 – 64 (HV 570 – 690). Высокое содержание остаточного аустенита обеспечивает хорошую прирабатываемость, например нешлифуемых автомобильных шестерен, что обеспечивает их бесшумную работу. Максимальные показатели прочности достигаются только при оптимальном для данной стали содержании на поверхности нитроцементованного слоя углерода и азота.

  Азота в слое должно быть не меньше того количества, которое устраняет вредные последствия внутреннего окисления (≥0,1 – 0,15%). При высоком содержание азота (0,4 – 0,5%) в слое образуется темная составляющая. Оба дефекта микроструктуры понижают предел выносливости при изгибе и контактную прочность. Оптимальное содержание углерода в сумме С+N зависит от марки стали и колеблется в широких пределах (1,0 – 1,65%)⁶. При низкой концентрации углерода в структуре слоя по границам зерен мартенсита появляется троостит. При высоком содержании углерода в стали, содержащей Cr, Mn, Ti, V образуются карбонитриды, располагающиеся преимущественно по границам зерен в виде сплошной или разорванной сетки. Переход углерода в легирующих элементов в карбонитриды понижает устойчивость аустенита, что также ведет к образованию в слое троостита. Образование сетки карбонитридов и троостита снижает предел выносливости, пластичность и вязкость стали.

  Нитроцементации обычно подвергают детали сложной конфигурации, склонные к короблению. Нитроцементация имеет следующие преимущества по сравнению с газовой цементацией. Процесс происходит при более низкой температуре (840 – 860 ˚С вместо 910 – 930 ˚С); глубина слоя меньше; получается меньше деформации и коробление изделий; повышается сопротивление износу и коррозии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  используемой литературы:

Лахтин Ю М., Леонтьева В. П. Материаловедение: учебник  для машиностроительных вузов – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение. 1980 – 493 с., ил.

Б. В. Кнорозов, Л. Ф. Усова, А. В. Третьяков, И. А. Арутюнова, С. П. Шабашов, В. К. Ефремов. Технология металлов. «Металлургия