8.10 Цианирование

В результате поглощения азота поверхностью образца процесс цемента­ции ускоряется, что достигается либо обработкой стали в цианистой ванне, либо при добавке аммиака к твердым или газообразным карбю­ризаторам.

В вопросе о влиянии азота на процесс цементации нет еще полной ясности. Во-первых, возможно, что аммиак оказывает благотворное влия­ние на ход газовой реакции на поверхности стали вследствие образова­ния цианистого водорода, а также препятствует образованию водяного пара и двуокиси углерода, во-вторых, в присутствии азота увеличивается скорость диффузии углерода в железе. Опыты показыва­ют, что поверхностное насыщение углеродом при добавке аммиака к сме­си древесного угля со светильным газом повышается. Содержание азота в наружной зоне получается тем выше, чем ниже температура цемента­ции. Выше 850° С из-за сильной диссоциации нитридов железа не удает­ся получить азота больше 0,3%. Несмотря на это активация процесса цементации азотом позволяет достичь повышенного содержания углеро­да и при температуре около 900° С.

Путем добавок азота в различном состоянии и количестве к карбю­ризаторам при различных температурах процесса можно осуществить постепенный переход от чистой цементации до чистого азотирования. Этот переход начинается с добавки аммиака к твердым карбюризато­рам. Далее идет применение расплавленных цианистых солей, в которых при сравнительно низкой температуре и коротком времени получается тонкий слой со сравнительно высокой твердостью. Следующим этапом является газовое цианирование, т. е. одновременное насыщение углеро­дом и азотом из газообразной смеси углеводородов и аммиака. Конечной точкой этой цепи является азотирование посредством чистого аммиака.

Из всех перечисленных способов техническое значение имеют: жидкое цианирование и газовое цианирование (карбонитрирование). Оба процесса проводят обычно при несколько более низких температурах, чем нормальную цементацию. Так, в течение 30—40 мин, в жидком циа­нистом калии или железосинеродистом калии [K₄Fe(CN)₆] при 600 и 670° С достигается содержание углерода в наружном слое от 1,1 до 1,4% и азота от 1,1 до 1,3% при глубине цементации от 0,3 до 1 мм. Благо­даря низкой температуре образования азотистого перлита железо при 600° С находится еще в -состоянии и хорошо растворяет углерод и азот. Поэтому возможно проводить закалку с более низкой температуры, что уменьшает коробление. Кроме того, в сердцевине прошли уже все превращения, и она находится в высокоотпущенном состоянии с максималь­ной вязкостью. Азот снижает также критическую скорость охлаждения, так что становится возможным закаливать чисто углеродистую сталь не в воде, а в масле. Правда, при таких условиях повышается количество остаточного аустенита. Вследствие большой инертности аустенитного превращения в поверхностном слое хорошие результаты после газового цианирования получаются при закалке в горячую ванну с температурой,, немного превышающей точку M_s сердцевины, которая при этом испыты­вает полное превращение. В то же время поверхностный слой при после­дующем охлаждении на воздухе приобретает чисто мартенситную струк­туру. При такой закалке коробление почти полностью отсутствует, однако увеличивается количество остаточного аустенита в высоколегированных сталях.

В последние годы значение газового цианирования весьма повыси­лось благодаря большей легкости применения и экономичности по срав­нению с жидким цианированием.

Описанные результаты относятся главным образом к углеродистыми легированным сталям, которые не содержат специальных нитридообразователей. Правда, при цианировании легированных сталей количест­во остаточного аустенита часто повышается. В хромистой стали при газовом цианировании выделяется нитрид хрома и переходная зона бы­вает значительно тоньше. Выделения нитридов хрома обычно настолько грубозернисты, что не дают никакого заметного повышения реальной твердости. Уже в чисто углеродистой стали получаемый при газовом цианировании слой несколько более стоек против отпуска, чем слой, об­разующийся при чистой цементации. Это в еще большей степени от­носится к легированным сталям, особенно содержащим хром.

Газовое цианирование улучшает коррозионную стойкость стали в слабоагрессивной среде, если на поверхности образуется достаточно толстая зона карбонитридных соединений. Повышается, например, кор­розионная стойкость стали в водном растворе NaCl; в морской воде она ухудшается.

Таким образом, преимущество цианирования заключается в том, что:

1.Активизируется процесс цементации;

2.Твердость цементованного слоя по­вышается;

3.Имеется возможность снизить температуру цементации при­мерно до 700°С и коробление.

Недостатком процесса является склон­ность к повышенному содержанию остаточного аустенита. В качестве типичного примера применения цианирования может быть названо изго­товление износоупорных цилиндрических гильз. Их подвергают газовому цианированию при ~730°С около 2,5 ч и медленно охлаждают. Цемен­тованный слой достигает при этом около 0,15 мм. Тонкие твердые слои достаточны для того, чтобы существенно увеличить срок службы этих, гильз.

.