Нитроцементация — процесс насыщения поверхности металла азотом и углеродом. На практике, чаще всего, нитроцементация проводится в газовой атмосфере при температурах, позволяющих закалить изделия с первого нитроцементационного нагрева. При этом свойства нитроцементованной стали сходны со свойствами цементованной, но с меньшими деформациями.
Как уже говорилось выше, процесс нитроцементации проходит в газовой атмосфере с добавками аммиака. При этом азот аммиака, диффундирующий в глубь стали, выполняет роль легирующего элемента: повышает прокаливаемость стали и дает некоторые преимущества процесса перед цементацией.
Насыщение азотом начинается уже в процессе нагрева до основных рабочих температур процесса, после превышения 500 градусов. Поэтому, в каком-то смысле для определения процесса нитроцементации, фраза «одновременное насыщение азотом и углеродом» не подходит. До исчезновения a-Fe, с продолжением нагрева насыщение интенсифицируется. Заметное насыщение углеродом начинается после перехода критической точки полиморфного превращения, ускоряется с продолжением нагрева и достигает своего максимума в конце диффузионной выдержки.
Насыщение стали азотом (легирование), предшествующее науглероживанию, сопровождается следующими преимуществами:
- Смещаются критические точки превращений к более низким температурам. Это позволяет снизить температуру процесса до 810-850оС. Такая температура, по сравнению с температурой цементации (910-1050оС), будет положительно влиять на закалочные напряжения и коробления деталей.
- В присутствии азота диффузия углерода в аустените ускоряется. Ускорение настолько значительное, что, несмотря на существенно более низкую температуру, скорость роста нитроцементированного и цементированного слоёв на глубину до 0,5 мм оказывается практически одинаковой.
- Из-за относительно невысоких температур процесса, аустенитное зерно при нитроцементации может вырастать гораздо меньше, чем при науглероживании в процессе цементации.
Для исключения закалочных трещин при нитроцементации, так же как и при цементации, в качестве закалочной среды должно использоваться масло.
В качестве рабочей газовой среды для диффузионного насыщения используется эндогаза с добавками природного газа (метана) и аммиака. Количество каждой из добавок составляет 2-3% от количества эндогаза. Это ориентировочные данные, состав рабочей среды зависит от конечных требований к детали.
Так же, как и при цементации, в процессах нитроцементации, при температурах соответствующих аустенитной области, необходимо поддерживать определенный уровень науглероживающей активности атмосферы, контролируемый по углеродному потенциалу атмосферы с помощью датчиков или фольговых проб.
Таким образом, мы перечислили несколько основных преимуществ нитроцементации перед цементацией. Конечно, режим химико-термической обработки нужно определять для каждой стали и детали индивидуально, исходя из особенностей производства, экономических соображений и условий работы детали в узле механизма.
