Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Нитроцементация стали — это химико-термическая обработка, при которой поверхность детали одновременно насыщается углеродом и азотом в газовой среде из науглероживающего газа и аммиака. Процесс проводят при температурах 840–870°C и формирует износостойкий диффузионный слой толщиной 0,2–1,0 мм. По сравнению с цементацией нитроцементация ведётся при температуре на 70–100°C ниже, что существенно снижает деформацию готовых деталей при сохранении сопоставимой скорости насыщения.
Нитроцементация относится к методам химико-термической обработки (ХТО) и основана на диффузионном насыщении поверхностного слоя стали двумя элементами одновременно: углеродом (C) и азотом (N). Именно совместное диффузионное воздействие отличает её от однокомпонентных процессов — цементации (только C) и азотирования (только N).
Азот, диффундируя в аустенит совместно с углеродом, понижает температуру существования аустенитной области и повышает диффузионную подвижность углерода. Это позволяет проводить насыщение при 840–870°C — на 70–100°C ниже, чем при традиционной газовой цементации (930–960°C). При этом, несмотря на значительно меньшую температуру, скорость роста нитроцементованного слоя при 840–860°C практически равна скорости цементованного слоя при 930–950°C для глубин до 0,8 мм.
Более низкая рабочая температура замедляет рост зерна аустенита: структура остаётся мелкодисперсной, а деформация деталей при закалке значительно меньше, чем после цементации. Именно это свойство сделало нитроцементацию основным методом ХТО в автомобилестроении: на ВАЗе нитроцементации подвергается около 94,5% деталей, упрочняемых химико-термической обработкой.
Диффузионный слой после нитроцементации при оптимальных условиях состоит из мартенсита, небольшого количества карбонитридов и некоторого количества остаточного аустенита. У поверхности может присутствовать тонкая карбонитридная зона (так называемая «белая зона»). Структура сердцевины — троостосорбит, бейнит или малоуглеродистый мартенсит в зависимости от прокаливаемости стали.
Выбор режима нитроцементации определяется маркой стали, требуемой глубиной слоя и условиями работы детали. Основные параметры процесса воспроизводятся в промышленных шахтных и камерных печах с управляемой газовой атмосферой.
Рабочая температура при высокотемпературной газовой нитроцементации составляет 840–870°C; наиболее распространённый диапазон в машиностроении — 850–860°C. При температуре ниже 820°C диффузия углерода резко замедляется, слой формируется неравномерно. Превышение 870°C снижает эффект от присутствия азота и нивелирует преимущество перед цементацией по деформации деталей.
Скорость роста нитроцементованного слоя при 850–860°C для глубин до 0,8 мм сопоставима со скоростью цементованного слоя при 930–950°C. Типовые промышленные режимы выдержки для газовой нитроцементации:
При газовой нитроцементации применяют смеси эндогаза (или природного газа с азотом) с аммиаком. Содержание аммиака в газовой смеси составляет 1–5% по объёму. Соотношение C/N в атмосфере регулируется углеродным потенциалом установки и расходом аммиака. Триэтаноламин (C₂H₅O)₃N в виде жидкого карбюризатора также применяется в ряде промышленных установок как источник одновременно углерода и азота.
Оба метода направлены на поверхностное упрочнение стали, однако имеют принципиальные технологические различия, определяющие область применения каждого из них.
Присутствие азота в диффузионном слое повышает прокаливаемость поверхности: азот стабилизирует переохлаждённый аустенит, снижает критическую скорость закалки и обеспечивает мартенситное превращение даже при умеренных скоростях охлаждения в масле. Это особенно важно при обработке деталей с тонкими сечениями и сложной конфигурацией.
Нитроцементации подвергают преимущественно низко- и среднеуглеродистые легированные стали с содержанием углерода до 0,25%. Легирующие элементы — хром, молибден, никель, титан — образуют нитриды и карбонитриды, стабилизирующие структуру диффузионного слоя и повышающие его твёрдость.
Стали с повышенным содержанием кремния (выше 0,5%) применяют с ограничениями: кремний замедляет диффузию углерода. Стали с содержанием углерода выше 0,30–0,35% нитроцементации подвергают редко, поскольку при этом поверхностный слой может пересыщаться углеродом и приобретать хрупкость.
Для газовой цементации и нитроцементации применяют практически одинаковое оборудование. Нитроцементацию проводят в герметичных печах с принудительной циркуляцией атмосферы. Наиболее распространены:
После нитроцементации детали закаливают непосредственно из печи с температуры насыщения или с небольшим подстуживанием до 800–825°C с охлаждением в масле. При необходимости снижения деформации применяют ступенчатую закалку с выдержкой в горячем масле при 180–200°C. В ряде случаев (крупные детали, углеродистые стали) проводят закалку с повторного нагрева. Завершающий этап — низкий отпуск при 160–180°C в течение 1,5–2 часов для снятия закалочных напряжений.
Глубину и структуру диффузионного слоя контролируют металлографически на шлифах в соответствии с требованиями ГОСТ 8233-56 (эталоны микроструктуры). Твёрдость поверхности проверяют по методу Роквелла (ГОСТ 9013-59) или Виккерса (ГОСТ 2999-75) на образцах-свидетелях, проходящих обработку совместно с партией деталей.
Карбонитридная «белая зона» у поверхности допускается; её избыточная толщина (как правило, выше 15–25 мкм в зависимости от назначения детали) снижает усталостную прочность и требует корректировки режима насыщения. Остаточный аустенит в нитроцементованном слое допускается в умеренном количестве и обеспечивает прирабатываемость деталей; однако при последующем шлифовании его повышенное содержание нежелательно.
Нитроцементация широко применяется в отраслях, где требуется сочетание высокой поверхностной твёрдости, износостойкости и минимальной деформации ответственных деталей сложной формы.
Нитроцементация стали — эффективный метод поверхностного упрочнения, совмещающий насыщение углеродом и азотом при 840–870°C с последующей закалкой. Промышленный диапазон глубины слоя составляет 0,2–1,0 мм, твёрдость поверхности после закалки достигает 58–64 HRC. Главное практическое преимущество перед цементацией — снижение рабочей температуры на 70–100°C при сопоставимой скорости насыщения, что минимизирует деформацию ответственных деталей: шестерён, валов, плунжеров и элементов цепных передач.
Правильный выбор марки стали (преимущественно легированные с содержанием C до 0,25%), контроль состава атмосферы печи, режимов закалки и отпуска — ключевые условия получения стабильного качества диффузионного слоя с требуемой структурой и механическими свойствами.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.