Введение

Процесс упрочнения поверхности

Карбонитрирование — это металлургическая технология модификации поверхности, используемая для повышения твердости поверхности металла и, следовательно, снижения износа. В ходе процесса атомы углерода и азота диффундируют внутрь металла, создавая препятствия для смещения, что увеличивает твердость и модуль упругости вблизи поверхности. Карбонитрирование часто применяют к недорогой, легкообрабатываемой низкоуглеродистой стали для придания ей поверхностных свойств более дорогих и труднообрабатываемых марок стали. Твердость поверхности деталей, подвергнутых карбонитрированию, составляет от 55 до 62 HRC. Некоторые предшествующие промышленной закалке процессы включали не только углеродосодержащие материалы, такие как древесный уголь, но и азотосодержащие материалы, такие как мочевина, что позволяет предположить, что традиционные методы упрочнения поверхности являлись разновидностью карбонитрирования.

Процесс

Карбонитрирование аналогично газовой карбуризации с добавлением аммиака в карбурирующую атмосферу, который служит источником азота. Азот поглощается на поверхности и диффундирует в деталь вместе с углеродом. Карбонитрирование (около 850 °C / 1550 °F) проводят при температурах значительно выше, чем при обычном нитрировании (около 530 °C / 990 °F), но немного ниже, чем при карбуризации (около 950 °C / 1700 °F) и в течение более короткого времени. Карбонитрирование, как правило, более экономично, чем карбуризация, и также снижает деформацию при закалке. Более низкая температура позволяет использовать масляную закалку или даже газовую закалку в защитной атмосфере.

Характеристики карбонитридных частей

Карбонитрирование формирует твердый, износостойкий поверхностный слой, обычно толщиной от 0,07 до 0,5 мм, и, как правило, обеспечивает более высокую твердость, чем при цементации. Глубина слоя подбирается в зависимости от области применения; более толстый слой увеличивает срок службы детали. Карбонитрирование изменяет только поверхностные слои заготовки и не приводит к образованию дополнительного покрытия, поэтому процесс незначительно влияет на размеры детали. Максимальная глубина слоя обычно ограничена 0,75 мм; достижение большей глубины требует слишком длительной диффузии и становится экономически невыгодным. Более короткие циклы обработки предпочтительны для ограничения концентрации азота в слое, поскольку контроль за добавлением азота сложнее, чем контроль за добавлением углерода. Избыток азота в заготовке может привести к высокому содержанию остаточного аустенита и пористости, что нежелательно при изготовлении деталей с высокой твердостью.

Преимущества

Карбонитрирование также имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией. Во-первых, оно обеспечивает большую стойкость к разумягчению при отпуске и повышенную усталостную и ударную прочность. Возможно совместное использование карбонитрирования и цементации для создания оптимальных условий, обеспечивающих большую глубину закаленного слоя и, следовательно, улучшенную производительность детали в промышленности. Этот метод особенно эффективен для сталей с низкой способностью к закалке, например, для седел клапанов. Процесс заключается в первоначальной цементации до требуемой глубины закаленного слоя (до 2,5 мм) при температуре около 900-955°C, а затем в карбонитрировании для достижения необходимой глубины карбонитрированного слоя. Детали затем закаливаются в масле, в результате чего получается более твердый закаленный слой, чем при обычной цементации, а добавление карбонитрированного слоя увеличивает остаточные сжимающие напряжения в закаленном слое, что повышает как контактную усталостную прочность, так и градиент прочности. Исследования показывают, что карбонитрирование улучшает коррозионную стойкость.

Приложения

Типичными областями применения цементации являются зубья шестерен, кулачки, валы, подшипники, крепеж, штифты, штоки гидравлических поршней, диски автомобильного сцепления, инструменты, штампы и сельскохозяйственные орудия.