Про карбонітрацію

В останні десятиліття у світовій промисловій практиці відзначається зростання інтересу до процесів низькотемпературного насичення сплавів на основі заліза азотом або спільно азотом і вуглецем. Одночасно все більше надходить повідомлень про надзвичайно високу ефективність результатів широкого впровадження цих процесів в виробничий цикл на численних підприємствах, в тому числі провідних промислових фірм і об’єднань різних країн світу. Більш того, намітилася явна тенденція до заміни традиційних високотемпературних методів цементації і нітроцементації на азотування, а частіше карбонітруванні, стосовно до деталей основної номенклатури машинобудівного виробництва.

Зазначений інтерес до проблеми існував і раніше. Перші публікації з питань азотування відносяться ще до 1907 р

Причиною зазначеного “невичерпної” уваги до проблеми азотування, а в останні роки і карбонітрації, є той унікальний комплекс властивостей, який, в принципі, може бути одночасно досягнуто саме при низькотемпературному насиченні, наприклад, сталевий поверхні азотом або спільно азотом і вуглецем. У цей комплекс підвищених властивостей входять зносостійкість, втомна міцність і опір корозії, тобто саме ті фактори, недостатність яких є причиною щорічних безповоротних втрат більше третини світового виробництва металу і близько 90% аварійних поломок машин.

Іншим найважливішим відмітною ознакою азотування і карбонітрації, є пренебрежимо мала величина деформацій і викривлення деталей при зазначених процесах низькотемпературної обробки, в ході якої сталь не зазнає фазових переходів, як це має місце в інших видах поверхневого зміцнення (нитроцементации, цементації, індукційної та лазерної загартуванню та ін.).

Не можна обійти увагою і той факт, що при азотуванні і карбонітруванні досягається зміцнення не пов’язане з отриманням в поверхні мартенситной структури. З цього випливає, що локальні розігріви в місці контакту при терті НЕ будуть приводити до місцевого знеміцнення карбонітрірованних шарів, чого не можна уникнути в разі мартенситних структур, наприклад, отриманих при нитроцементации.

Незважаючи на очевидність переваг азотування в порівнянні з іншими промисловими методами поверхневого зміцнення, застосовність його довгий час залишалася пріоритетом унікальних випадків машинобудівного виробництва – деталей літальних апаратів, морських суден, особливо прецизійних верстатів і т.п. Більшому поширенню методу заважала виключно висока трудомісткість технологічних процесів, неможливість “глибокого” поверхневого зміцнення, крихкість поверхневих зон азотированного шару, різке погіршення шорсткості азотированного поверхні, спотворення геометричних розмірів деталей.

Причина різкого зростання інтересу до низькотемпературних процесів насичення сталей і чавунів азотом і вуглецем полягає в розробці в 70-х роках та промислове освоєння швидкісних і технологічно надійних процесів карбонітрації в рідких середовищах. Як показали дослідження, при одночасному насиченні сталевий поверхні азотом і вуглецем, особливо при наявності в середовищі і за участю в реакції кисню, що виникають в зміцнюючих поверхні монофазні зони карбонитридов (або оксікарбонітрідов) не є крихкими, як при чистому азотуванні. Саме ці зони (шари сполук) в більшості випадків карбонітрації, на відміну від азотування, дають максимальний внесок в загальний опір зносу. Різке поліпшення комплексу найважливіших властивостей карбонітрірованних деталей досягається одночасно при значному скороченні тривалості процесу в порівнянні з газовим азотуванням. Максимальна тривалість процесу рідинного карбонітрації не перевищує 6 год, проти 90 – 100 год при газовому азотуванні.

Особливий розвиток рідинні процеси карбонітрації отримали в результаті створення так званих екологічно безпечних технологій з регеніріруемимі карбонатціанатнимі расплавами. В СРСР без’ядовий розплав для карбонітрації вперше запропонований в 1972 р. відомим радянським вченим Д.А. Прокошкіним.

Інтенсивні дослідження в області низькотемпературного насичення сталей азотом і вуглецем часто призводять до того, що численні розробники і окремі фірми, створюючи власні технології, надають їм специфічні найменування, маскуючи тим самим фізичну сутність того чи іншого процесу, нерідко вводячи споживача в оману. Так, в різний час з’явилося понад десяток назв для процесів карбонітрації: “теніфер”, “новий теніфер”, “траффтрайд”, “мелонайт”, “деганіт”, “нітрок”, “нікотрірованіе”, “прискорене азотування”, “м’яке азотування ” і т.д.

Необхідно підкреслити важливість правильного використання термінології. Зокрема, Д.А. Прокошкін запропонував застосовувати для процесів карбонітрації спеціальний термін – “Карбонітрація”, що відрізняє його від таких понять як “нітроцементація” (високотемпературний процес з обов’язковим отриманням нетеплостойкая мартенситного поверхневого шару) і “азотування” (низькотемпературний процес з отриманням крихкого нітрідная поверхневого шару).

Переконливі приклади ефективності поверхневого зміцнення при карбонітрації, простота промислової реалізації, доступність і економічність технології, а також численні закономірності впливу технологічних факторів на різні показники, роблять її вельми корисною для всіх галузей промисловості.