Карбонитрирование стали

Примеры применения карбонитрации в различных отраслях

Металлургия:

• Для повышения твердости и износостойкости поверхностей различных деталей, например, шестерни и валы;
• Для получения более стойких к коррозии материалов, например, изготовление трубопроводов;
• Для создания новых сплавов с улучшенными свойствами, например, сплавы на основе нержавеющей стали.

Химическая промышленность:

• Для производства хлора и канализационных труб;
• Для получения лучшего качества пластмасс и резины;
• Для улучшения свойств керамики, используемой для изготовления посуды и кафеля.

Нефтегазовая промышленность:

• Для производства бензина, дизельного топлива и других нефтепродуктов;
• Для регулирования вязкости нефти и ее свойств, например, для лучшей изоляции скважин;
• Для создания более прочных и долговечных трубопроводов для транспортировки нефти и газа.

Автомобильная промышленность:

• Для улучшения термической стойкости двигателей и турбин;
• Для изготовления более прочных и износостойких деталей подвески, например, карданных валов и втулок;
• Для увеличения срока службы деталей и автомобильных компонентов, например, шестерен и коленчатых валов.

Таблица применения карбонитрации в разных отраслях

Отрасль	Примеры применения
Металлургия	Повышение твердости и износостойкости, получение более стойких к коррозии материалов, создание новых сплавов
Химическая промышленность	Производство хлора и канализационных труб, улучшение свойств пластмасс, резины и керамики
Нефтегазовая промышленность	Производство нефтепродуктов, регулирование вязкости нефти, создание прочных трубопроводов
Автомобильная промышленность	Улучшение термической стойкости двигателей и турбин, изготовление прочных деталей подвески, увеличение срока службы компонентов

Карбонитрация нержавеющей стали

Карбонитрация является одним из методов улучшения свойств нержавеющей стали. Этот процесс включает насыщение поверхности стали углеродом, что позволяет нержавеющей стали приобрести дополнительные преимущества, такие как повышенная твердость, а также улучшенная износостойкость и стойкость к коррозии.

Принцип работы карбонитрации состоит в том, что сталь помещается в специальную среду, содержащую углерод и азот. При определенной температуре и времени нержавеющая сталь адсорбирует углерод и азот из среды, что приводит к образованию углеродитов и нитридов на поверхности стали.

Преимущества карбонитрации нержавеющей стали включают:

• Повышенную износостойкость: насыщение поверхности стали углеродом позволяет улучшить ее твердость и устойчивость к истиранию, что делает нержавеющую сталь более долговечной и стойкой к различным механическим воздействиям.
• Улучшенную стойкость к коррозии: карбонитрация позволяет создать защитную пленку на поверхности стали, которая предотвращает контакт металла с окружающими агрессивными средами и таким образом повышает ее стойкость к коррозии.
• Расширение области применения: карбонитрированная нержавеющая сталь может использоваться в более широком спектре промышленных приложений, где требуется повышенная износостойкость и стойкость к коррозии.

Таким образом, карбонитрация является эффективным методом модификации нержавеющей стали, который позволяет улучшить ее механические свойства и стойкость к коррозии, что делает этот материал более привлекательным для использования в различных отраслях промышленности.

Общая информация о процессе

В первую очередь необходимо понимать основы термической обработки стали.

К особенностям цементации металла относят следующие факторы:

Благодаря процедуре цементируемые стали становятся прочнее, что повышает износостойкость и прочность материала; Свойства эксплуатации металла изменяются за счет нагрева изделий в жидкости, газовой или твердой среде, что улучшает ее характеристики; Нагревание деталей можно до разных температур, нет ограниченной константы и точных рекомендаций. В домашних условиях процесс цементации проходит при температуре 500 градусов по Цельсию. В промышленных условиях с использованием профессионального оборудования температура нагрева в печи достигает более 1300 градусов по Цельсию. Следует знать, что температуру выбирают, учитывая концентрацию примесей и углерода. Профессионалы рекомендуют в домашних условиях цементировать низкоуглеродистые виды стали (приблизительно 0,2%). Например, лезвие от недорогого кухонного ножа, изготовленного из стали или небольшие детали. В структуру стали углерод проникает довольно медленно. Поэтому цементация лезвия ножа в условиях домашней процедуры происходит со скоростью не более 0,1 мл в час. Чтобы это же лезвие выдерживало более сильные нагрузки, нужно усиливать слой толщиной до 0,8 мл в час

Еще важно понимать, что цементация ножа или небольшого вала в условиях домашнего цеха займет минимум восемь часов. При этом следует удерживать определенную температуру в печи, чтобы не нарушить температурный режим

В процессе цементации изменяется не только свойство металла, но и его фазовый состав и атомная решетка

В целом поверхность получает такие же характеристики, как и при закалке, но при этом существует возможность контроля в узком диапазоне температур, чтобы избежать различных дефектов материала.

Осуществить цементацию нержавеющий стали немного сложнее, но в то же время это качественно улучшит характеристики этого вида металла.

Технология карбонитрации стали

Карбонитрация может проводиться деталями любых размеров, из любых сплавов стали и чугуна. Причем возможно подвергать обработке только отдельные участки детали, повышение твердости которых необходимо. Для этого процесса применяется состав солей, в основе которых лежат меламин и дицианидиамид. Соли расплавляются при температуре свыше 550 градусов. Длительность выдержки обрабатываемых деталей может значительно разниться. Для небольших предметов, в основном режущего инструмента, достаточно получаса вдержки. Большие предметы могут обрабатываться более 4 часов. Расчет времени проводится на основе размеров предмета, требуемых конечных характеристик и необходимый толщины карбонизированного слоя.

Технология не слишком сложная, главное соблюдать требуемый диапазон рабочих температур и учитывать марку стали обрабатываемых деталей.

Она помогает добиться повышенных характеристик прочности стали, устойчивости к коррозии и воздействию высоких нагрузок.

В конце обработки на поверхности стали образуется несколько слоев. Первый слой – карбонидный, защищающий сердцевину. С каждым новым слоем концентрация азота и углерода в составе стали уменьшается.

Традиционная технология выглядит следующим образом:

• предмету придается конечная форма и требуемые геометрические параметры, после чего он направляется на обработку (если требуется полировка, размеры детали можно немного увеличить);
• проводится первичная обработка, в которую входит очистка от загрязнений, окисления и обезжиривается поверхность;
• нагрев и опускание в соленую смесь;
• после карбонитрации сталь охлаждается (можно применять различные методы, используя воду, масло, или оставляя на воздухе);
• конечная очистка, промывка и просушка.

Эта технология становиться все более популярной из-за ряда преимуществ, выделяющих ее среди аналогов. К ним можно отнести:

Качество верхнего слоя. Карбонитридная структура значительно превышает характеристики нитридных, так как она более пластичная и не такая хрупкая. Экологичность. Данный процесс наиболее экологически чистый среди аналогов, так как в процессе производства практически не выделяются испарения. Равномерность. В расплавленных солях металл равномерно прогревается, из-за чего диффузные процессы более качественные. Отсутствие деформации. Температуры расплавленных солей недостаточно для того, чтобы на поверхности предмета образовалось напряжение и произошла деформация. Изначальные и конечные геометрические параметры детали не отличаются. Повышение стойкость. Обработанные предметы становятся более стойкими к нагрузкам, воздействию коррозии и становятся более долговечными. Каждый из этих параметров может превышать первоначальные более чем на 70%. Пластичность покрытия

Готовое покрытие становится менее хрупким, что особо важно в процессе эксплуатации готовых деталей, особенно режущих кромок. При этом снижается коэффициент трения, что также значительно увеличивает срок эксплуатации

С помощью карбонитрации сталь даже низких марок, пример, стали 20 марки, которые не отличаются прочностными характеристиками, можно улучшать, приближая их свойства к параметрам дорогих марок стали, которые сложнее обрабатывать. Это позволяет экономить не только на покупке сырья, но и на процессе обработки. Обработанные детали не требуют дополнительной обработки. После выполнения карбонитрации, деталь или предмет можно полноценно эксплуатировать. В некоторых случаях требуется поверхностная обработка, которая не влияет на физические свойства.

Из-за безопасности и простоты технологии, ее можно выполнять даже в домашних условиях, но проще воспользоваться услугами, которые предоставляют некоторые предприятия и небольшие мастерские. Особенно если требуется разовая обработка, так как нецелесообразно устанавливать специальную печь и искать подходящую солевую смесь.

Подобная обработка широко распространена для следующих предметов:

• режущий инструмент, в том числе ножи, сверла для электроинструмента, фрезы для станков;
• формы для прессов, предусматривающих воздействие высокого давления;
• элементы пары трения и зубчатых передач, в том числе шестерни, валы и колеса;
• детали и элементы насосных установок.

Номенклатура обрабатываемых предметов постоянно растет, очень часто производители для надежности обрабатывают весь спектр производимых деталей, независимо от того, требуется она или нет. Это обусловлено простотой и относительной дешевизной такой процедуры.

Разновидности металла, который можно обрабатывать

Выделяют три основные группы металла, который используется для закалки:

1. Сталь с неупрочняемой сердцевиной. В эту группу входят следующие марки стали, пригодной для цементирования — 20, 15 и 10. Эти детали имеют небольшой размер, используются для эксплуатации в бытовых условиях. Во время закалки происходит трансформация аустенита в феррито-перлитную смесь.
2. Сталь со слабо упрочняемой сердцевиной. В эту группу вошли металлы таких марок, как 20Х, 15Х (хромистые низколегированные стали). В этом случае проводят дополнительную процедуру лигирования с помощью небольших доз ванадия. Это обеспечивает получение мелкого зерна, что приводит к получению более вязкого и пластичного металла.
3. Сталь с сильно упрочняемой сердцевиной. Этот вид металла используют для изготовления деталей со сложной конфигурацией или большим сечением, которые выдерживают различные ударные нагрузки, подвергаются воздействию переменного тока. В процессе закалки вводится никель или при его дефиците используют марганец, при этом для дробления зерна добавляют малые дозы титана или ванадия.

Читать также: Профилегиб ручной своими руками как сделать

В целом процесс цементации стали необходим для улучшения износостойкости и прочности деталей.

Чаще всего цементации подвергаются валы, оси, лезвия ножей, детали подшипников и зубчатые колеса.

Как происходит цементация стали в твердой среде на предприятии и в условиях домашнего цеха?

Смесь для твердой цементации готовится из бария, кальция с древесным углем и углекислого натрия. Уголь лучше брать из дуба или березы и разделить его небольшие фракции, не более десяти миллиметров. Чтобы удалить лишнюю пыль, уголь рекомендуют просеять. Соли тоже измельчают до состояния порошка и пропускают через сито.

Существует две методики для приготовления смеси:

1. Уголь из дерева поливают солью, которую предварительно растворяют в воде. Получившуюся смесь высушивают, ее влажность должна быть не более 7%.
2. Сухой уголь и соль тщательно перемешивают, чтобы исключить возможность появления пятен уже в процессе химической и термической обработки.

При этом, первая методика считается более качественной. Так как она гарантирует, что смесь выйдет равномерной, а результат без пятен и разводов. Готовую смесь еще называют карбюризатором.

Сам процесс твердой цементации проходит в специальных ящиках, где насыпана смесь в нужном количестве. Идеально, если ящики соответствуют размеру и форме изделия, которое обрабатывают. Так как в этом случае снижаются затраты времени на прогрев тары, а качество слоя цементации улучшается. Для избежания утечки газа щели замазывают специальной огнеупорной глиной и накрывают все плотно прилегающей крышкой.

Следует обратить внимание, что изготавливать тару, идеально подходящую, экономически выгодно, если речь идет о конвейерной процедуре. Если же нужно одну или две детали закалить, то лучше выбрать тару универсальной формы — квадратную, круглую или прямоугольную. Ящики выбирают из малоуглеродистой или жаростойкой стали

Ящики выбирают из малоуглеродистой или жаростойкой стали.

Сам процесс цементации в твердой смеси проходит следующим образом:

• детали, которые необходимо закалить, равномерно укладываются в ящики, наполненные твердым карбюризатором;
• печь разогревают до 900−1000 градусов и подают в нее тару с изделиями;
• прогрев ящиков проходит при температуре от 500 до 700 градусов. Этот прогрев называют сквозным. Сигналом, что печь накалилась до нужной температуры служит однородный цвет подовой плиты, на ней больше нет темных участков под ящиками;
• температуру поднимают до 900 или 1000 градусов по Цельсию.

Именно при таком температурном режиме происходят диффузные изменения в структуре деталей на уровне атомов.

В домашних условиях достаточно сложно нагреть печь до нужной температуры и выдержать весь температурный режим от начала и до конца. При этом все возможно. Следует помнить, что эффективность домашней цементации намного ниже, чем промышленной.

Совершенствование комплексного азото-углеродного насыщения – низкотемпературная карбонитрация

НОК-процесс – низкотемпературное оксикарбонитрирование – впервые был разработан российскими учеными, а затем дорабатывался немецкими исследователями и получил название QPQ. Преимущества:

• первоначальная цель – улучшение товарного вида;
• резкое снижение коэффициента трения;
• коррозионная стойкость марок перлитного и аустенитного классов, обработанных способом НОК, превышает аналогичный показатель этих материалов, хромированных гальваническим методом;
• себестоимость на 40% ниже, по сравнению с гальваническими покрытиями.

Этапы НОК-процесса:

• карбонитрация;
• охлаждение и выдержка в расплаве ванны оксидирования при 350-400°C;
• охлаждение на воздухе;
• промывка;
• полирование;
• повтор оксидирования;
• промывка.

Данная технология рассматривается в качестве эффективной и экономичной альтернативы гальваническому хромированию для низколегированных сталей перлитного класса и хромистых коррозионностойких.

Предприятия в Омской области

ООО ПК «Вектор»

Омская обл., г. Омск, ул. 2-я Казахстанская, д. 3

Рейтинг по отзывам:

(0.0)

Стаж (лет): 10 Сотрудников: 30 Площадь (м²): 1000 Станков: 20

Подробнее о предприятии Показать услуги (119)

Горизонтально-расточные работы Долбёжная обработка Координатно-расточные работы Механическая обработка на обрабатывающем центре Нарезание резьбы Сверление отверстий на станках с ЧПУ Сверление отверстий на универсальных станках Слесарные работы Токарная обработка на станках с ЧПУ Токарная обработка на универсальных станках Фрезерная обработка на станках с ЧПУ Фрезерная обработка на универсальных станках Закалка ТВЧ Нормализация Объёмная закалка Отжиг металла Отпуск металла Поверхностная закалка Электроэрозионная обработка Гальваническое покрытие никелем (никелирование) Гальваническое покрытие цинком (цинкование, оцинковка) Цементация Оксидирование Многослойное покрытие медью, никелем и хромом Газовая/газопламенная/кислородная резка Плазменная резка Резка на ленточнопильном станке Изготовление деталей по образцам заказчика Изготовление деталей по чертежам заказчика Изготовление нестандартных металлоконструкций Изготовление изделий из алюминия Изготовление изделий из нержавеющей стали Изготовление изделий из оцинкованной стали Разработка 3D моделей по чертежам Алмазно-расточные работы Заточка инструмента Зенкерование отверстий Зубодолбёжная обработка Зубофрезерная обработка Зубошлифовальные работы Круглошлифовальные работы Накатка резьбы Плоскошлифовальные работы Протягивание Развертывание отверстий Резьбошлифовальные работы Строгальная обработка Хонингование Шлицефрезерная обработка Дисперсное твердение Криогенная обработка Сорбитизация Улучшение металла Азотирование Алитирование Анодирование Борирование Бороалитирование Газодинамическое напыление Газотермическое напыление Гальваническое покрытие медью (меднение, омеднение) Гальваническое покрытие хромом (хромирование) Карбонитрация Многослойное покрытие медью и никелем Нитроцементация ПлакированиеСилицирование Термодиффузионное цинкование Травление металла Химическое фосфатирование Хромоалитирование Хромосилицирование ЦианированиеЭлектрохимическая полировка металлаГидроабразивная резка Лазерная резка Поперечная резка рулонной стали Продольная резка рулонной стали Продольно-поперечная резка рулонной стали Резка арматуры Резка пресс-ножницами Рубка на гильотинных ножницах Фигурная резка труб Вальцовка листового металла Вальцовка профиля Вальцовка пруткового металла Вальцовка трубы 3D гибка проволоки Гибка листового металла Гибка на прессе Гибка профиля Гибка пруткового металла Гибка трубы Аргонная (аргонодуговая) сварка Газовая сварка Газопрессовая сварка Диффузионная сварка Дугопрессовая сварка Контактная сварка Кузнечная сварка Лазерная сварка Наплавка Пайка Полуавтоматическая дуговая сварка Роботизированная сварка Ручная дуговая сварка Сварка арматуры Сварка взрывом Сварка под слоем флюса Сварка труб Сварка трением Термитная сварка Ультразвуковая сварка Химическая сварка Холодная сварка Электронно-лучевая сварка Визуально-измерительный контроль Изготовление типовых металлоконструкций Изготовление изделий из титана

«Не нашли подходящего исполнителя? Разместите заказна портале и получайте предложения от предприятий уже сегодня.Это бесплатно и не займет много времени»

Разместить заказ

Технология цементации стали

Этот процесс подразумевает диффузионное насыщение поверхностного слоя стальных заготовок углеродом. Обработка осуществляется в карбюризаторе, выделяющем активный углерод, при температурах устойчивости аустенита – 850-950°C, хорошо растворяющего большое количество углерода. Для завершения процесса после цементации проводят закалку и низкий отпуск. Результаты химико-термической и термической обработок в комплексе:

• высокая твердость и износостойкость поверхности;
• повышение предела контактной устойчивости;
• улучшение показателей предела выносливости при изгибе и кручении.

Внимание! Желаемый эффект достигается на сталях с низким содержанием углерода – до 0,2%. Без цементации такие марки закалить невозможно. Чаще всего цементации подвергают легированные стали

Чаще всего цементации подвергают легированные стали.

Эта операция является длительной, поскольку процесс науглероживания протекает очень медленно. Основные типы сред для цементации (карбюризаторов):

• твердые;
• газообразные;
• растворы электролитов;
• пасты;
• кипящий слой.

Отличительные признаки:

• Модульная компоновка (подготовительный, основной, экологический модули, а также модуль охлаждения и промывки) позволяет в широких пределах варировать конфигурацией оборудования и технологиями упрочнения.
• Обработка с частичным погружением позволяет проводить упрочнение отдельных участков деталей.
• Высокая скорость обработки деталей в расплавах, по сравнению с газовыми технологиями достигаются за счет значительного сокращения времени прогрева и выдержки.
• Отсутствие газообразных выбросов и жидких отходов обеспечивается экологическим модулем, в который входит воздушный фильтр и испаритель промышленных стоков.

Структура карбонитрированного слоя

В процессе карбонитрации на поверхности сталей формируется упрочненный слой, состоящий из нескольких зон. Верхний слой представляет собой ε-карбонитрид типа Fe3 (N, C) — зона соединений (Compound layer), т. н. «белый слой», под которым находится диффузионная зона (Diffusion layer), т. н. «гетерофазный слой», состоящий из твердого раствора углерода и азота в железе с включениями карбонитридных фаз, твердость которой значительно выше твердости сердцевины.

Типовая микроструктура стали после карбонитрации

Схема образования упрочненного слоя в расплаве солей

Сталь 3. Карбонитрация 580 °С, 3 часа. Глубина слоя – 0,2 мм

Ниже приведены результаты проведенных компанией DURFERRITE (Германия) коррозионных испытаний упрочненного слоя, полученного методом TENIFER-QPQ, в сравнении с другими способами поверхностной обработки.

Зависимость износа образца из Cтали 20 от пути трения со смазкой. Путь трения км х 100

Сравнение износостойкости образца из стали 40Х после карбонитрации (1) и газового азотирования в среде аммиака (2)

Коррозионные испытания (CASS) в соответствии с немецким стандартом DIN 50021 стали SAE 1045

На указанных примерах наглядно видны преимущества карбонитрированного слоя по сравнению с традиционными, наиболее часто применяемыми у нас процессами поверхностной обработки: цементацией, азотированием, хромированием. Кроме того, следует отметить, что при хромировании снижается усталостная прочность при циклическом изгибе основного материала. По сравнению с этим, при карбонитрировании всегда увеличивается усталостная прочность. После карбонитрации с последующим оксидированием повышение усталостной прочности составляет более 50%, в то время как после твердого хромирования усталостная прочность, наоборот, снижается на 20%.

Всё вышесказанное предопределило массовое распространение технологии жидкостного карбонитрирования за рубежом. Какова же ситуация в нашей стране?

Таблица 3. Результат теста на коррозионную устойчивость стали С45 (3% NaCl, 0.1% H2O2) 

Исследованные виды поверхностного упрочнения	Потеря в весе в г/м2 через 24 ч
Карбонитрация с последующим оксидированием + полировка + оксидирование (QPQ)	0,34
Твердое хромирование: 12 мкм	7,10
Двойное хромирование: 20 мкм мягкого хрома, 25 мкм твердого хрома	7,20
Никель: 20 мкм	2,90
Тройное покрытие: 37 мкм меди, 45 мкм никеля, 1,3 мкм хрома	1,45

Это интересно: Карбид вольфрама — свойства и обработка сплава

Выберите регион

Россия

• Алтайский край
• Белгородская область
• Брянская область
• Владимирская область
• Волгоградская область
• Вологодская область
• Воронежская область
• Ивановская область
• Иркутская область
• Кабардино-Балкарская Республика
• Калужская область
• Кемеровская область
• Кировская область
• Костромская область
• Краснодарский край
• Красноярский край
• Курганская область
• Курская область
• Ленинградская область
• Липецкая область
• Московская область
• Нижегородская область
• Новгородская область
• Новосибирская область
• Омская область
• Оренбургская область
• Орловская область
• Пензенская область
• Пермский край
• Приморский край
• Псковская область
• Республика Адыгея
• Республика Башкортостан
• Республика Дагестан
• Республика Карелия
• Республика Коми
• Республика Крым
• Республика Марий Эл
• Республика Мордовия
• Республика Татарстан
• Республика Хакасия
• Ростовская область
• Рязанская область
• Самарская область
• Саратовская область
• Свердловская область
• Смоленская область
• Ставропольский край
• Тамбовская область
• Тверская область
• Томская область
• Тульская область
• Тюменская область
• Удмуртская Республика
• Ульяновская область
• Ханты-Мансийский АО — Югра
• Челябинская область
• Чувашская Республика
• Ярославская область