Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

У этого термина существуют и другие значения, см. Цианирование.

Циани́рование в сталелитейном производстве — процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температурах 820-950° C в расплаве цианида натрия или других солей с тем же анионом.

Особенности нитроцементации и цианирования

Хотя нитроцементация и цианирование преследуют одну цель (насыщение поверхностного слоя стали азотом и углеродом), они имеют одно существенное отличие. Заключается оно в том, что нитроцементации изделия подвергаются в газовой среде, а при цианировании такой средой является расплав цианида натрия или других солей.

Составы ванн и режимы цианирования изделий

Свою эффективность рассматриваемые технологические операции демонстрируют при обработке следующих материалов:

  • сталей, относящихся к нержавеющей категории;
  • легированных стальных сплавов, а также сталей, не содержащих легирующих добавок и характеризующихся средним содержанием углерода в своем составе;
  • конструкционных сталей с низким содержанием углерода.

Цианирование стали, относящейся к одной из вышеперечисленных категорий, как и процесс ее нитроцементации, происходит при определенном температурном режиме (820–950°), который должен строго соблюдаться. В результате квалифицированного применения таких методов обработки удается решить следующие задачи:

  • повысить износостойкость поверхности изделия;
  • увеличить его поверхностную твердость;
  • повысить предел выносливости металла.

Нитроцементация в различных средах

Существует еще одна разновидность цементации, которая называется мягким азотированием.

Такая обработка, которая выполняется при температуре около 590°, нужна среднеуглеродистым сталям для увеличения уровня их износостойкости и предела выносливости.

Цианированию также подвергают изделия из быстрорежущих сталей, что позволяет повысить твердость и устойчивость к износу их поверхностного слоя, а также сделать его более устойчивым к воздействию повышенных температур.

В металлургической отрасли также используется такая технологическая операция, как цианирование золотосодержащих руд, которая в корне отличается от всех вышеперечисленных методов обработки сталей.

Целью цианирования руды, золото в составе которой может содержаться даже в очень незначительных количествах, является выделение из нее концентрата, характеризующегося высоким содержанием драгоценного металла.

Такой концентрат после его дальнейшей обработки может быть использован для производства золотых изделий.

Добыча золота методом цианирования

Это интересно: Чем и как очистить медь в домашних условиях

Среднетемпературное цианирование

Процесс проводят для получения слоя небольшой толщины 0,15-0,35 мм при температуре 820—860° C в ваннах. Продолжительность процесса составляет 30-90 минут в зависимости от толщины слоя.

Цианид натрия в процессе цианирования окисляется кислородом воздуха, и происходят следующие реакции:

Цель цианирования стали и суть технологии

Первоочередная цель цианирования лежит в укреплении поверхностного слоя стали различных деталей, придании ему более высокого предела выносливости, так как этот слой подвержен наибольшим нагрузкам во время эксплуатации механизмов, конструкций. Насыщение поверхностного слоя металла углеродом и азотом принято применять из-за их быстрого проникновения, когда они взаимодействуют одновременно. Методом цианирования можно обрабатывать следующие виды металла:

  • любые нержавеющие стали;
  • сплавы стальные легированные либо те, где нет присутствия легирующих компонентов, стали с концентрацией углерода средних показателей;
  • стали конструкционного назначения, где присутствует мало углерода.

Химико-термический способ цианирования придерживается следующей технологии:

  1. В рабочую ванну с расплавленной солью цианистой состава 15% Na₂CO₃, 60% NaCl и 25% NaCN помещают деталь.
  2. Далее рабочую среду нагревают до температуры от 930 до 530 градусов по Цельсию (в зависимости от выбранного режима обработки).
  3. Выделяющиеся из соли оксид углерода и азот насыщают металл несколько часов.

Все нюансы прохождения обработки металла в итоге зависят от выбранного температурного режима.

Сущностью процесса, по которому углерод с азотом могут проникнуть внутрь слоя стали, является диффузия. В течение перечисленных выше этапов технологии процесс проходит две основные стадии, разделенные временными периодами:

  1. Начальный период нитроцементации длительностью от одного до трех часов, характеризующийся внедрением в кристаллическую решетку металла атомов азота, углерода.
  2. Конечный период, когда предварительно проникшие и насытившие сталь атомы азота начинают десорбироваться (покидать поверхность, вновь приобретая состояние газа), углерод же при этом продолжает насыщать металл до тех пор, пока не закончится воздействие температуры и рабочей среды.

Виды химико-термической обработки

Самые распространенные виды обработки стали:

  • цементация (насыщение углеродом);
  • азотирование (обогащение азотом);
  • цианирование (насыщение азотом и углеродом);
  • борирование (обогащение бором);
  • силицирование (насыщение кремнием).

Насыщая сталь указанными элементами, можно добиться повышения прочности и поверхности с увеличением срока службы элемента.

Преимущества и недостатки технологии

Процесс нитроцементации и цианирования, как уже отмечалось выше, осуществляется при относительно невысоких температурах, что способствует менее интенсивному износу используемого оборудования, а также не приводит к значительным деформациям обрабатываемых деталей. При этом выполнение технологических операций на таких режимах исключает необходимость охлаждать обрабатываемое изделие до низких температур.

После цианирования аустенитная структура стали становится более устойчивой, что улучшает прокаливаемость отдельных участков материала, которые были подвергнуты такой обработке. В частности, именно благодаря таким свойствам цианированного материала низколегированные стали можно закаливать в масле.

Нитроцементация и цианирование повышают твердость и контактную выносливость изделий

Остаточный аустенит, присутствующий в сталях, которые были подвергнуты цианированию, способствует улучшению таких характеристик материала, как:

  • прочность на изгиб;
  • ударная вязкость;
  • пластичность;
  • усталостная прочность.

Именно поэтому с помощью цианирования обрабатывают детали, которые в процессе своей эксплуатации подвергаются значительным нагрузкам. Сюда, в частности, относятся валы и шестерни, сердцевина которых должна отличаться не только достаточной прочностью, но и достаточной вязкостью. Формирования именно таких характеристик и добиваются при цианировании.

Между тем выполнение цианирования имеет и ряд недостатков:

  • Величина поверхностного слоя стали, характеристики которого улучшаются в результате выполнения такой технологической операции, составляет всего семь-восемь десятых миллиметра.
  • При выполнении цианирования необходимо постоянно контролировать степень азотирования и науглероживания, которой обладает рабочая среда.

Цементация стали

Цементацией называют процесс, позволяющий насытить стальную конструкцию углеродом. Сердцевина остается мягкой, однако, благодаря слою покрытия прочность поверхности повышается. В процессе использования такие детали не подвергаются воздействию извне, не деформируются от ударов и не стираются.

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

Цементации подвергают элементы, выполненные из углеродистой либо легированной стали, содержание углерода в которой не менее 0,08% и не более 0,35%. Для цементации используют составы, богатые углеродом. Их называют карбюризаторами. Такие составы могут быть жидкими, твердыми и даже газообразными.

Цементация сталей происходит через нагрев деталей, предварительно упакованных в изготовленные из железа ящики, туда же помещается карбюризатор. Твердое вещество состоит из 70% древесного угля, 20–25% углекислого бария, а оставшаяся часть – углекислый кальций (3–5%).

Цементация осуществляется при температуре в 920–930 ОС, этот показатель позволяет сделать процесс максимально быстрым. Обогащение слоя стали происходит, когда частицы угля соприкасаются с поверхностью элемента. Передатчик углерода в данной ситуации – газовая среда. Правильно организованная цементация поверхностного слоя стальной детали продолжается от 5 до 14–15 часов.

Цементации в жидкой среде принято подвергать изделия небольшого размера, выполненные из углеродистой или легированной стали. Их на некоторое время опускают в соляные ванны, которые содержат расплавленные вещества:

  • соду;
  • поваренную соль;
  • карбид кремния.

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

Схема цементации стали

Газовая цементация

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

При использовании данного метода продолжительность цементации стальной детали уменьшается в несколько раз. Так, глубина слоя цементирования в 1,2 м может быть зафиксирована уже после 4–5 часов нахождения детали в газовой камере.

Газовая цементация сталей обладает явными преимуществами по сравнению с первыми двумя способами:

  • возможность регулировки процесса посредством изменения количественного и качественного состава газа;
  • отсутствие габаритного оборудования;
  • относительная чистота процесса, отсутствие угольной пыли;
  • возможность проводить закалку стали непосредственно в камере печи.

Газовая цементация достаточно экономична в сравнении с использованием твердых и жидких карбюризаторов.

Азотирование стали

При азотировании поверхностный слой стальной детали насыщают кислородом. Промышленное применение данный способ получил практически 100 лет назад, в 20-е годы XX века. Азотирование детали – это отличный способ повысить не только твердость изделия, но и его коррозионную стойкость.

Азотирование стали осуществляется посредством погружения детали в печи, которые герметично закрывают. Туда подают аммиак, который при нагреве распадается на азот и водород. В процессе данной реакции атомы азота поглощаются слоем поверхности стали и проникают внутрь детали.

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

Важно, что если для азотирования использовать углеродистую сталь, то получающийся слой, как правило, достаточно хрупок. Для лучшего результата рекомендовано использовать такую сталь, в составе которой есть алюминий, хром, молибден или титан.

Насколько глубоким и прочным окажется слой, подверженный азотированию, сказать сложно. Этот фактор зависит от многих деталей:

  • температура, при которой осуществлялось азотирование;
  • продолжительность обработки детали;
  • состав стали, которую подвергли азотированию.

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

Способ химико-термической обработки

Описываемая процедура не позволяет достигать нескольких целей одновременно, в отличие от цементации. Выделяют два вида азотирования.

Повышение прочности слоя поверхности стальной детали. Температура процесса – до 560 ОС, средняя толщина слоя – 0,5 мм. Продолжительность операции может достигать одних суток.

Повышение степени устойчивости к коррозии. Оптимальная температура – от 650 до 700 ОС. Продолжаться антикоррозийное азотирование может до 10 часов. Толщина слоя, образующегося в процессе – 0,3 мм.

Процесс азотирования стали могут проходить только полностью готовые изделия, которые прошли через этапы термической и механической обработки. Структура сорбита внутри изделия сохранена полностью, что обеспечивает повышение прочности и вязкости детали.

Борирование стали

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

Насыщение поверхностного слоя атомами такого металла, как бор, происходит при нагревании. Слой покрытия может быть как одинарным, так и двойным. Борирование бывает газовым, электролизным или жидким.

Газовое борирование. Процедура имеет много общего с цементацией или азотированием. Осуществляется она в камере печи. В качестве среды используется диборан, треххлористый бор, триметил. Данные вещества разбавляют:

  • Аргоном.
  • Аммиаком.
  • Азотом.
  • Водородом.

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

Борирование стали

Температура, при которой происходит насыщение – 900 ОС, время воздействия – 2–6 ч. Толщина полученного боридного слоя составляет 0,1 или 0,2 миллиметра.

Читайте также:  Тш-3 настольный токарный станок: характеристики, инструкция, устройство

Электролизное борирование. Данная технология в большинстве ситуаций применяется при электролизе расплавленной буры. Температура в ванне достигает 950 ОС, длительность выдержки – до 6 часов. Детали, поверхностный слой которых подвергли борированию, служат катодами, монтируемыми на подвески.

Жидкостное борирование. Сталь насыщается бором посредством расплавленных солей NaCl, BCl2, возможно использование добавок – карбида брома или ферроброма.

Технология борирования обладает явно выраженным преимуществом перед цементацией и другими видами химико-термической обработки стали, у нее самые высокие показатели прочности поверхности.

Поделитесь в соц.сетях:

Источник: https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/cianirovanie-staleliteynoe-proizvodstvo.html

Цианирование стали виды, технологии, принципы, особенности и применение | Строитель промышленник

Есть очень много вариантов обработки стали, направленные на изменение ее параметров. Один из них — цианирование. Виды, технологии, принципы, характерности и использование этих работ рассмотрены дальше.

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

Смысл методики

Цианированием называют один из видов химико-термической обработки стали. Суть этого способа состоит в насыщении поверхностей металла азотом и углеродом в диапазоне температур от 530 до 950°С. По технологии это напоминает соединение азотирования и цементации.

Рассматриваемый метод применяется для сталей разных типов. Так, выполняют цианирование нержавейки, легированной, высокохромистой, с самым разнообразным содержанием углерода, без легирующих добавок, конструкционной, быстрорежущей.

Цель цианирования состоит в улучшении параметров металла. Так, эта технология обработки увеличивает твердость, предел выносливости, устойчивость к износу материала. Принцип цианирования построен на диффузии в структуру материала углерода и азота.

Этот процесс включает две стадии:

  • В первую очередь происходит изобилие лицевого слоя углеродом и азотом. Это длится 1 — 3 ч.
  • Дальше поглощённые в структуру материала атомы азота могут десорбироваться (выходить через поверхность, перейдя в газовую фазу). При этом изобилие углеродом длится и на втором шаге.

Ход рассматриваемого процесса устанавливается режимом температур. Так, в диффузионном верхнем слое при возрастании температуры уменьшается содержание азота, и возрастает кол-во углерода, причем постоянно либо до определенного момента. На последних стадиях операции концентрация азота начинает ужиматься.

Благодаря этому возможна фиксация насыщения данным элементом лицевого слоя стали при самых разных температурах. Уменьшение содержания азота и увеличение концентрации углерода при возрастании температуры происходит линейно.

Но это важно лишь для лицевого слоя материала, а в нижележащих эта закономерность не встречается.

Величина насыщения также существенно зависит от науглероживающих показателей среды, в которой выполняется цианирование металла.

Также, на характерности совместной диффузии действует кол-во азота, определяющее глубину распространения диффузии углерода и величину насыщения им слоя. Излишнее содержание азота повлечет малую скорость диффузии углерода. Это можно объяснить способствованием азота появлению карбонитридных образований на поверхности.

Глубина проникновения двоих компонентов в сталь устанавливается ее микроструктурой. Однако во всяком случае азот проникает на большую глубину, чем углерод.

Аналогичным образом, результат работ устанавливается определенными моментами. К ним можно отнести температура нагрева, концентрация азота и углерода, свойства среды и материала.

  Лучшие телевизоры для кухни 2018Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

Поточный аппарат для цианирования

В результате на поверхности стали сформировывается двухслойное покрытие. Сверху размещен карбонитридный слой (Fe2(C, N)) толщиной 10 — 15 мкм. Он отличается большой устойчивостью к износу и меньшей хрупкостью если сравнивать с чистыми нитридами и карбидами. Нижележащий слой предоставлен азотистым твёрдым ферритом (мартенситом). Общая толщина — 0,15 — 2 мм.

Цианирование отмечают на основе следующих свойств:

  • режима температур;
  • фазового состава среды.

На основе фазы среды цианирование отмечают на:

Принцип называемого также нитроцементацией газового цианирования состоит в нагреве при 530 — 570°С в течении 1,5 — 3 ч. предмета в содержащей азот и углерод смеси газа, включающей, к примеру, нашатырный спирт (NH3) и окись углерода (CO).

Химическое взаимное действие названных газов приводит к появлению атомарных азота и углерода. Они делают слой, толщина его устанавливается температурой и продолжительностью и может составлять от 0,02 до 0,004 мм.

Его твердость равна 900 — 1200 HV.

Технология твёрдого цианирования близка к твёрдой цементации. Отличие состоит в составе карбюризатора: для рассматриваемых работ используют материал, который содержит цианистые соли. Твёрдое цианирование по продуктивности очень сильно уступает другим видам, по этому оно применяется нечасто. Дальше рассмотрены более детально жидкое и газовое цианирование.

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

Установка для цианирования

Жидкое цианирование является самым популярным способом. При этом используют расплавленные цианистые соли, представленные NaCl, NaCN, Na2CO3, BaCl2, BaCO2 в самых разнообразных концентрациях и комбинированиях.

Есть регламент, определяющий режим температур и длительность работ для различных составов смесей. Он же отображает толщину получаемого в результате слоя, которая составляет 0,15 — 1,6 мм.

Взаимное действие цианистых солей натрия с содой и солью приводит к их разложению с выделением атомарных азота и углерода. Ключевым элементом цианистых солей считается CN.

Увеличение его содержания приводит к увеличению концентрации азота и углерода в диффузионном слое, однако не проявляется на его толщине. Жидкое цианирование работает в качестве финишной обработки стали.

На основе режима температур цианирование разделяют на низко- и высокотемпературное. Металлобработка первого типа обеспечивает большее изобилие азотом, а высокотемпературное цианирование — наоборот углеродом.

Жидкую высокотемпературную обработку, называемую также жидкостной цементацией, выполняют путем выдерживания деталей в печах-ваннах при 840 — 950°С в течении 5 — 45 мин. Этот способ дает возможность добиться толщины диффузионного слоя до 0,075 — 0,1 мм.

Этот показатель устанавливается температурой и долгим процессом. Во всяком случае наращивание слоя аналогичным способом быстрее, чем при газовом цианировании. Но этот способ очень вредоносен, так как расплавленные цианистые соли токсичны.

По этому нужны особенные меры безопасности при осуществлении работ такого типа.

  Лучшие погружные блендеры 2019 года — 10 ТОП рейтинг лучших

Ввиду этого жидкостной высокотемпературной технологии предпочитают газовое цианирование, не обращая внимания на меньшую скорость работ. Это возмещается невысокой ценой. Его выполняют при 830 — 950°С в муфельных печах в течении 1 — 2 ч. По окончании закалки и невысокого отпуска твердость отделанного этим вариантом материала увеличивается до 60 — 64 HRC (56 — 62 по другим сведеньям).

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

Перед низкотемпературным цианированием выполняют термообработку полного цикла при 500 — 600°С.

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

  • Процесс цианирования стали
  • Аналогичным образом, низкотемпературное цианирование создаёт слой с высоким содержанием азота, а при высокотемпературном образуется покрытие преимущественно углеродного состава (концентрация углерода составляет 0,6 — 1,2%, азота — 0,2 — 0,6%).

Использование

Взяв во внимание результаты цианирования, а конкретно придаваемые им свойства, этот способ обработки применяют для подверженных большим нагрузкам во время эксплуатации стальных деталей.

К ним относят, к примеру, шестерни и валы. Для этих предметов, а тем более их сердцевин, предъявлены довольно большие требования не только к прочности, но и к вязкости.

Такие характеристики и придаёт цианирование.

Область использования этой технологии обработки устанавливается ее типом.

Так, низкотемпературную нитроцементацию применяют для быстрорежущих сталей, цианирование — для среднеуглеродистых, быстрорежущих, высокохромистых сталей, а высокотемпературный способ — для шестерен и других деталей самых разных механизмов из обычных углеродистых, легированных, средне- и низкоуглеродистых сталей.

Более того, жидкое высокотемпературное цианирование может использоваться с целью придания деталям красивого вида, так как, благодаря подобной отделке, на поверхности образуется матовая текстура. Причем для этого необходимо подогреть их в цианистой ванне без выдержки.

  Лучшая беспроводная зарядка 2019 года — 11 ТОП рейтинг лучших

Положительные качества, минусы

При подборе способа обработки очень важно понимать толщину изделий, так как тонкие предметы, подвергнутые цианированию, могут иметь большую хрупкость, чем отделанные по технологии обыкновенной цементации детали.

Это считается минусом рассматриваемой технологии. Более того, в результате подобной отделки изменяются свойства не всего материала, а лишь его слоя поверхности толщиной до 1,6 мм.

Напоследок, в ходе цианирования нужен регулярный контроль степени науглероживания и азотирования среды работы.

Ключевой положительной спецификой рассматриваемой технологии обработки считается сравнительно низкий режим температур. Во-первых, это облегчает исполнение благодаря отсутствию надобности охлаждения изделия по окончании. Второе, увеличивает надежность оборудования, снижая его износ.

Третье, не вызывает деформации обрабатываемых предметов. Более того в подвергнутом цианированию материале содержится последний аустенит, способствующий улучшению многих показателей стали, а конкретно увеличивается вязкость к ударам поверхностей, устойчивость к изнашиванию, крепость на изгиб, эластичность.

Более того, цианирование увеличивает твердость (до 58 — 62 HRC) и контактную выносливость материала. Также подвергнутые газовому цианированию детали отличительны усовершенствованной прокаливаемостью благодаря повышению стойкости аустенитной структуры стали.

Так, к примеру, низколегированную сталь после подобной отделки можно закаливать в масле.

Близкие методы

Близким методом считается мягкое азотирование. Его выполняют при температуре около 590°С. Такую обработку применяют для увеличения стойкости к износу и предела выносливости среднеуглеродистых сталей.

Также по технологии рассматриваемая обработка близка к цементации. Если сравнивать с ней цианирование прекрасно выделяется тем, что образуемый слой обладает лучшей устойчивостью к износу и коррозионной стойкостью, большей твердостью, а еще усталостной прочностью.

Более того, благодаря меньшим режиму температур и длительности процесса, не происходит рост зерен. Ввиду этого сразу по окончании цианирования выполняют закалку, что придаёт поверхности большую твердость.

Напоследок, высокотемпературный процесс цианирования стали занимает меньше времени, чем цементация.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: http://prombuilder.ru/jeto-interesno/cianirovanie-stali-vidy-tehnologii-principy.html

Сущность цианирования и нитроцементации металлов

Цианирование стали – один из способов улучшения физико-химических свойств металла. Применение метода необходимо, когда нужно повысить прочность, твердость, сопротивляемость коррозии, износоустойчивость поверхностного слоя стали, сделать ее более стойкой к естественному старению.

Читайте также:  Обработка титана на токарном станке

Нитроцементация укрепляет сталь путем воздействия на нее углерода и азота, точнее, введения этих молекул в кристаллическую решетку поверхностного слоя. Весь этот процесс происходит под воздействием высоких температур в среде цианистых солей натрия, окисление которого приводит к выделению углерода и азота.

Насколько глубоко проникнут цементирующие вещества в структуру металла и какая степень концентрации образуется, зависит от выбранной температуры проведения операции и временного интервала воздействия. Нитроцементация и цианирование стали – операции, преследующие одну цель, но проходящие в разных средах.

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

Цель цианирования стали и суть технологии

Первоочередная цель цианирования лежит в укреплении поверхностного слоя стали различных деталей, придании ему более высокого предела выносливости, так как этот слой подвержен наибольшим нагрузкам во время эксплуатации механизмов, конструкций. Насыщение поверхностного слоя металла углеродом и азотом принято применять из-за их быстрого проникновения, когда они взаимодействуют одновременно. Методом цианирования можно обрабатывать следующие виды металла:

  • любые нержавеющие стали;
  • сплавы стальные легированные либо те, где нет присутствия легирующих компонентов, стали с концентрацией углерода средних показателей;
  • стали конструкционного назначения, где присутствует мало углерода.

Химико-термический способ цианирования придерживается следующей технологии:

  1. В рабочую ванну с расплавленной солью цианистой состава 15% Na₂CO₃, 60% NaCl и 25% NaCN помещают деталь.
  2. Далее рабочую среду нагревают до температуры от 930 до 530 градусов по Цельсию (в зависимости от выбранного режима обработки).
  3. Выделяющиеся из соли оксид углерода и азот насыщают металл несколько часов.

Все нюансы прохождения обработки металла в итоге зависят от выбранного температурного режима.

Сущностью процесса, по которому углерод с азотом могут проникнуть внутрь слоя стали, является диффузия. В течение перечисленных выше этапов технологии процесс проходит две основные стадии, разделенные временными периодами:

  1. Начальный период нитроцементации длительностью от одного до трех часов, характеризующийся внедрением в кристаллическую решетку металла атомов азота, углерода.
  2. Конечный период, когда предварительно проникшие и насытившие сталь атомы азота начинают десорбироваться (покидать поверхность, вновь приобретая состояние газа), углерод же при этом продолжает насыщать металл до тех пор, пока не закончится воздействие температуры и рабочей среды.

Виды цианирования

Есть несколько способов цианирования, которые выполняют по своей технологии для определенных типов стали с достижением разных результатов обработки. Так можно классифицировать процесс:

  • по используемому термическому режиму;
  • по физическому состоянию среды, где происходит цианирование (твердая, жидкая или газообразная нитроцементация).

Высокотемпературное цианирование

Высокотемпературное цианирование выполняют при рабочей температуре порядка 800–900 градусов по Цельсию. Здесь сталь насыщается преимущественно углеродом с численным показателем процентного содержания в слое от 0.6 до 1.2% (цементация жидкостная). Азот присутствует в таком процентном соотношении – 0.2–0.6%. Образованный укрепленный слой может быть толщиной от 2 до 0.15 миллиметров.

Высокотемпературный метод отличается тем, что обработанные изделия требуют проведения дополнительных операций воздействия, таких как закаливание металла, низкий отпуск. После проведения полного комплекса мероприятий полученный слой имеет структуру, состоящую из поверхностного слоя тонкого Fe₂(C, N) (карбонитриды), следующего за ним слоя мартенсита азотистого.

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

Низкотемпературное цианирование

Обработку металла низкотемпературную (тенифер-процесс) выполняют при рабочей температуре порядка 540–600 градусов по Цельсию. Здесь металл насыщается преимущественно азотом.

Таким способом укрепляют высокохромистые, быстрорежущие стали, которые используются для изготовления инструментов.

Низкотемпературное цементирование не предполагает более никаких операций – это заключительный этап обработки.

Метод жидкостного цементирования цианистыми солями считается одним из самых вредных для здоровья, так как соли натрия представляют собой сильное ядовитое вещество.

Свойства и применение цианированных сталей

Стали, которые прошли обработку методом цианирования, резко отличаются от обычных увеличением параметра усталостной прочности, предела выносливости. Область применения таких сталей разнообразна:

  • конструкции строительные сварного типа;
  • переплеты фонарные, а также оконные в зданиях промышленного назначения;
  • различные мелкие метизы: шайбы, собачки, заклепки, звездочки, муфты – все то, что эксплуатируется при температуре до –40 градусов по Цельсию;
  • шестерни, валы в механизмах, где присутствует трение.

Цианирование стали: виды, технологии, принципы, особенности и применение

Технология, цель и виды нитроцементации

Нитроцементация – это насыщение изделия из стали углеродом и азотом, которое протекает в среде из газа цементирующего с добавлением аммиака диссоциированного.

Меняя состав газа и температуру, при которой происходит процесс нитроцементации, можно влиять на процентное содержание углерода и азота в получаемом слое.

Толщину слоя также можно контролировать за счет выбора температуры и времени выдержки. Процесс нитроцементации представляет собой диффузию.

Бывает нитроцементация стали высокотемпературная и низкотемпературная. Первый метод нитроцементации применяют в условиях температуры от 830 до 950 градусов по Цельсию. В этом случае используют аммиак в повышенных дозах.

После операции над изделием проводят мероприятия по закалке с отпуском низким. Твердость, которая достигается в результате, соответствует 62–56 HRC.

Стали, в основном подвергаемые нитроцементации, – это углеродистые (из них изготавливают детали машиностроения) и низколегированные металлы.

https://www.youtube.com/watch?v=WMBGfQ9bR8Q

Метод нитроцементации низкотемпературный подразумевает применение термической среды в пределах 530–570 градусов продолжительностью не более 3 и не менее 1.5 часов, предварительно выполняют закалку и отпуск деталей. Полученный твердый слой имеет толщину от 0.004 до 0.02 миллиметра с крепостью 1200–900 HV.

Нитроцементация является безопасным процессом с низкой себестоимостью операции, поэтому ее часто используют в автомобилестроении.

Преимущества нитроцементации перед цементацией

Процесс нитроцементации – самый безопасный и передовой метод укрепления стали углеродом и азотом. По сравнению с обычным цементированием он имеет ряд преимуществ:

  • быстрее происходит поверхностная диффузия;
  • нет необходимости в подготовке;
  • металл при нитроцементации не подвергается сильному перегреву, и, как следствие, не происходит изменение кристаллической решетки;
  • заготовки менее подвержены деформации;
  • после прохождения обработки последующее закаливание и отпуск проходят более качественно;
  • нитроцементация – самый дешевый способ укрепления стали, поэтому ее повсеместно используют в машиностроении.

Всем, кто имеет представление, практические навыки или профессионально занимается нитроцементацией стальных изделий, просьба поддержать в х тему, так как больше достоверной информации необходимо для понимания процесса.

Источник: https://WikiMetall.ru/metalloobrabotka/tsianirovanie-stali.html

Цианирование это – виды, технологии, принципы, особенности и применение

alexxlab | 02.10.2019 | 0 | Разное

виды, технологии, принципы, особенности и применение

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.

Виды

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.

Читайте также:  Столярный угольник: виды, выбор, использование

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.

Источник: https://stankotec.ru/raznoe-2/cianirovanie-eto-vidy-texnologii-principy-osobennosti-i-primenenie.html

Цианирование стали

Цианированием называется процесс одновременного насыщения стали углеродом и азотом с целью повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости изделия.

Одновременное присутствие углерода и азота ускоряет их совместную диффузию в поверхностные слои металла. Цианированию подвергают углеродистые
и легированные стали.

Различают два вида цианирования:

  • высокотемпературное, проводимое при температуре, лежащей выше Ас3,
  • низкотемпературное при температуре нижеAc1.

При высокотемпературном цианировании металл насыщается в большей степени углеродом, чем азотом, а при низкотемпературном цианировании — в большей степени азотом, чем углеродом.

Цианирование производится в жидкой или газовой среде.

При жидкостном цианировании используют расплавленные цианистые соли (25% NaCN, 60% NaCl и 15% Na2C03).

Цианистые соли натрия (NaCN) при химическом взаимодействии с поверенной солью (NaCl) и содой (Na2С03) разлагаются с выделением активных (атомарных) углерода и азота.

При газовом цианировании изделия нагревают в смеси газов, содержащих углерод и азот. Для этой цели используют смесь окиси углерода СО и аммиака NH3.

При химическом взаимодействии их образуются активный (атомарный) углерод и азот.

Высокотемпературное жидкостное цианирование производится при температурах 800—900° и дает при выдержке от 5 до 45 мин. глубину цианированного слоя до 0,075—0,10
мм.

Такое цианирование проводят в электрических печах-ваннах.

Следует при этом отметить, что применяемые расплавленные цианистые соли представляют собой сильный яд.

В связи с вредностью производства жидкостное цианирование заменяют
газовым цианированием, которое может производиться в муфельных электрических печах.

Высокотемпературное газовое цианирование проводится при тех же температурах, но выдержка составляет 1—2 часа.

После последующей закалки и отпуска твердость цианированного изделия составляет HRC
= 60—64. Применяется высокотемпературное цианирование для обработки шестерен и других деталей машин и станков.

Низкотемпературное цианирование применяется для быстрорежущих сталей с целью повышения износостойкости инструмента и проводится после полного цикла термической обработки инструмента при 500—600°, это обеспечивает получение весьма высокой твердости и износостойкости.

§

Источник: http://www.Conatem.ru/tehnologiya_metallov/cianirovanie-stali.html

Современные технологии: цианирование стали

Процесс “Цианирование” — процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом. Целью цианирования является получение высокой твердости и износостойкости поверхности деталей с сохранением пластичной сердцевины.

Цианирование проводится в жидких и газовых средах.

Жидкостное цианирование заключается в нагреве деталей в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий (NaCN). Цианирование подразделяют на высокотемпературное и низкотемпературное.

Высокотемпературное цианирование применяют для поверхностного упрочнения деталей из конструкционных сталей и проводят в широком интервале температур — от 840 до 950° С.

Для получения небольшой глубины слоя (0,15—0,35 мм) цианирование ведут при 840—870° С с выдержкой 30—60 мин в цианистых ваннах, содержащих 20—25% NaCN, 25—50% NaCl и 25—50% Na2C03 (рабочий состав ванны). При нагреве ванны с цианистым натрием в ней происходят следующие реакции: 2NaCN + 02 = 2NaCNO 2NaCNO + 02 = Na2C03 + СО + 2NaT 2СО^С02 + Сат

Образующиеся атомарный азот и углерод диффундируют в сталь. Цианированный слой содержит 0,6—0,7% углерода и 0,8—1,2% азота. После цианирования детали закаливают непосредственно из цианистой ванны и затем подвергают низкому отпуску (180—200° С). Твердость цианированного слоя после термической обработки HRC ^ 60.

Для получения слоя глубиной от 0,2 до 1,5лш цианирование ведут при 900—950° С с выдержкой от 30 мин до 5 ч в цианистых ваннах, содержащих 3—8% NaCN, < 30% NaCl, > 30% ВаС12, < 40% ВаС03 (рабочий состав ванны). При нагреве в ванне происходят следующие реакции: 2NaCN + BaCl2 = 2NaCl + Ва (CN)2 Ba(CN)2 = BaCN2 + C BaCN2 + 02 = BaO + CO + 2N

Образующиеся атомарный углерод и азот диффундируют в сталь. Цианированный слой содержит 0,8—1,2% углерода и 0,2—0,3% азота. При высокой температуре цианирования (900—950° С) происходит рост зерна аустенита. Поэтому детали после цианирования непосредственной закалке не подвергаются, а охлаждаются на воздухе, а затем производится закалка и низкий отпуск.

Низкотемпературное цианирование применяют для повышения поверхностной твердости, износостойкости и предела выносливости деталей из конструкционных сталей и для повышения стойкости инструмента из быстрорежущей стали.

Низкотемпературное цианирование деталей из конструкционных сталей, называемое также «мягким азотированием», проводят при 560—580° С в цианистых ваннах, содержащих до 60% NaCN.

Время выдержки в ванне 1—3 ч, максимальная рациональная глубина слоя 0,15 мм. Диффундирует в сталь преимущественно азот. Твердость цианированного слоя HV = 300—800 (в зависимости от стали).

Перед низкотемпературным цианированием производится полная механическая и термическая обработка деталей.

Недостатком жидкостного цианирования является сильная ядовитость цианистых солей. Поэтому цианистые ванны устанавливают в отдельном помещении, с вентиляцией у каждой ванны.

При работе на цианистых ваннах требуется большая осторожность и тщательное соблюдение всех правил техники безопасности.

Жидкостное цианирование проводится в цианистых ваннах, которые целесообразно устанавливать в поточную линию.

Источник: https://trastcomp.ru/sovremennye-texnologii-cianirovanie-stali/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector