ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет», Тула, Россия:
П. И. Маленко, канд. техн. наук, доцент кафедры сварки, литья и технологии конструкционных материалов
К. Д. Релмасира, аспирант кафедры физики металлов и материаловедения

А. Ю. Леонов, аспирант кафедры сварки, литья и технологии конструкционных материалов

ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет», Волгоград, Россия:
А. В. Крохалёв, докт. техн. наук, доцент, декан факультета технологий конструкционных материалов, эл. почта: malenko@tsu.tula.ru

В статье рассмотрены особенности насыщения углеродом и азотом при цементации с добавлением аммиака и влияние элементов на формирование структурных зон слоя. В результате проведенных исследований установлено, что при добавлении аммиака в закалочную печь концентрация азота в поверхностном слое возрастает до 0,2 %, при этом на профиле концентрации азота наблюдается резкое его падение. На профиле концентрации углерода на поверхности отмечено его уменьшение до 0,78 %, что приводит к снижению микротвердости в поверхностном слое. На рабочей поверхности зуба троостит залегает не в виде сплошной полосы, а в виде отдельных участков по границам зерен. Добавление аммиака в закалочную печь не только на последней стадии, но и на стадии цементации приводит к повышению концентрации азота в более глубоких слоях и к плавному его изменению по толщине упрочненного слоя. При этом общее время процесса сокращается на 4 ч, а эффективная толщина слоя практически не уменьшается. Дальнейшее повышение расхода аммиака в цементационной печи и печи повторного нагрева приводит к возрастанию азотного потенциала по зонам цементационной и закалочной печи, а также к повышению содержания азота в фольге, прошедшей через все зоны агрегата. При этом содержание азота повышается как на поверхности, так и в более глубоких слоях деталей. Уход основной части азота на образование нитридов легирующих элементов приводит к обеднению азотом твердого раствора вокруг нитридов и выпадению трооститных выделений. Таким образом, показано, что увеличение расхода аммиака с целью повышения содержания азота в стали на стадии нагрева под закалку ограничено вследствие возможного пересыщения азотом поверхностного слоя на небольшую глубину (до 0,2 мм) с выпадением нитридов и троостита по границам зерен.

1. Лахтин Ю. М., Арзамаcов Б. Н. Химико-термическая обработка металлов. — М. : Металлургия, 1985. — 256 с.
2. Прженосил Б. Нитроцементация. — Л. : Машиностроение, 1969. — 212 с.
3. Шапочкин В. И., Семенова Л. М., Бахрачева Ю. С., Гюлиханданов Е. Л., Семенов С. В. Влияние содержания азота на структуру и свойства нитроцементованной стали // Металловедение и термическая обработка металлов. 2010. № 9. С. 12–18.
4. Пегишева С. А., Релмасира К. Д. Исследование влияния насыщения углеродом и азотом при высокотемпературной нитроцементации с фазовой перекристаллизацией на структуру и профиль концентраций в металле // Известия ВолгГТУ. 2012. Т. 9. Вып. 6. С. 169–172.
5. Шапочкин В. И., Семенова Л. М., Бахрачева Ю. С. Нитроцементация в условиях периодического изменения состава атмосферы // Материаловедение. 2010. № 8. С. 52–57.
6. Павловский Н. Р., Иванова И. А. Высокотемпературная нитроцементация деталей и оснастки из легированных сталей в легкой промышленности // Упрочняющие технологии и покрытия. 2006. № 12. C. 12–16.
7. Алиев А. А., Ампилогов А. Ю., Алиев А. А. Цементация и нитроцементация автотракторных деталей в кипящем слое // Металловедение и термическая обработка металлов. 2009. № 4. C. 31–33.
8. Серебровский В. В., Блинков Б. С., Сабынин Е. А. Влияние нитроцементации на прочность деталей машин // Региональный вестник. 2016. № 2. C. 35, 36.
9. Релмасира К. Д., Пегишева С. А. Повышение прочности тяжелонагруженных шестерен // Актуальные вопросы современной техники и технологии : сб. докладов VII Международной науч. конф. — Липецк : Издательский центр «Гравис», 2012. C. 102–104.
10. Релмасира К. Д. Влияние неизотермических условий в процессе подстуживания на насыщение углеродом и азотом и структуру упрочненного нитроцементованного слоя // Всероссийская молодежная научно-техническая конференция с международным участием «Инновации в материаловедении» : сб. материалов. — М. : ООО «Ваш полиграфический партнер», 2013. С. 282.
11. Кухарева Н. Г., Бабуль Т., Шипко А. А., Штолик Т. Н. Цементация и нитроцементация стали 20 в псевдоожиженном слое // Механика машин, механизмов и материалов. 2013. № 3(24). С. 62–68.
12. Семенова Л. М., Бахрачева Ю. С. Перераспределение элементов внедрения и замещения при нитроцементации стали 20ХН3А // Технические инновации. Вестник ВолГУ. 2012. Серия 10. Вып. 6. C. 38–43.
13. Семенова Л. М., Бахрачева Ю. С. Повышение комплекса механических свойств при нитроцементации с высоким содержанием азота // Инновации в металлургии и материаловедении. Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 10: Инновационная деятельность. 2017. № 1(24). С. 35–48.
14. Колмыков В. И., Косинов Е. А. Влияние нитроцементации на износостойкость и ударную вязкость инструментальных сталей // Современные материалы, техника и технологии. 2017. № 1(9). С. 120–127.
15. Костин Н. А., Трусова Е. В. Усталостная прочность улучшаемой стали 30ХГТ после высоко- и низкотемпературной нитроцементации // Auditorium. 2016. № 4(12). С. 42–47.
16. Володин И. М., Колмыков В. И., Жосанов А. А. Разработка и исследование высокоактивной насыщающей среды для нитроцементации сталей при низких и высоких температурах // Физика и технология наноматериалов и структур : сб. научных статей 2-й Международной науч.-практ. конф. — Курск : ЗАО «Университетская книга», 2015. Т. 1. С. 43–48.
17. Бахрачева Ю. С. Новый метод прогнозирования износостойкости стали // Технико-технологические инновации. Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 10: Инновационная деятельность. 2014. № 4. С. 74–78.
18. Dal’Maz Silva W., Dulcy J., Ghanbaja J., Redjaïmia A., Michel G., Thibault S., Belmonte T. Carbonitriding of low alloy steels: Mechanical and metallurgical responses // Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 693. P. 225–232.
19. Semenova L. M., Bakhracheva Yu. S., Semenov S. V. Laws of formation of diffusion layers and solution of the diffusion problem in temperaturecycle carbonitriding of steel // Metal Science and Heat Treatment. 2013. Vol. 55, No. 1/2. P. 34–37.
20. Winter K.-M. Independently controlled carbon and nitrogen potential: A new approach to carbonitriding process // Journal of Materials Engineering and Performance. 2013. Vol. 22, No. 7. P. 1945–1956.
21. Shapochkin V. I., Semenova L. M., Bakhracheva Yu. S., Gyulikhandanov E. L., Semenov S. V. Effect of nitrogen content on the structure and properties of nitrocarburized steel // Metal Science and Heat Treatment. 2011. Vol. 52, No. 9/10. P. 413–419.
22. Семенова Л. М., Бахрачева Ю. С. Механические свойства и фазовый состав стали после термоциклической нитроцементации // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2013. Т. 6, № 6(6) C. 182–189.
23. Gerasimov S. A., Kuksenova L. I., Lapteva V. G., Fakhurtdinov R. S., Danilov V. D., Smirnov A. E., Gromov V. I., Alekseeva M. S., Shcherbakov Yu. I., Khrennikova I. A. Influence of the Activation of the Nicarbing Process on Mechanical Properties of Heat-Resistant Steel // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2015. Vol. 44, No. 1. P. 64–69.
24. Григорчик А. Н., Кукареко В. А., Белоцерковский М. А., Попок Н. Н., Сачивко Я. С. Влияние химико-термической обработки на структуру и износостойкость гиперзвуковых газотермических покрытий из стали СВ-08Г2С // Актуальные вопросы машиноведения : сб. статей. 2015. Т. 4. C. 370–374.
25. Дощечкина И. В., Дьяченко С. C., Костик В. О. Повышение долговечности валиков переключения передач трактора // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2006. № 33. С. 37–40.
26. Тихонов А. К., Сардаев Н. И., Лазутов П. Н. Нитроцементация и цементация деталей автомобиля на ОАО «АВТОВАЗ» // Металлургия машиностроения. 2011. № 4. C. 41, 42.
27. Kostin N. A. Raising the operating properties of die steel 5Kh2GF by creating carbonitride layers by thermochemical treatment // Metal Science and Heat Treatment. 2016. Vol. 58, No. 7, 8. P. 466–469.
28. Gong M. F., Chen J., Jiang Q. G., Wu S. H. Influence of carbonitriding on microstructure, residual stress and mechanical properties of graded cemented carbides // Journal of Ceramic Processing Research. 2016. Vol. 17. No. 3. P. 257–264.