Цианирование стали: процесс, виды и применение химико-термической обработки

Цианирование — это вид химико-термической обработки, заключающийся в одновременном диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом и азотом. Процесс осуществляется в расплавах цианистых солей, что определяет его ключевые особенности. Конечные свойства обработанного изделия определяются глубиной цианированного слоя, а также концентрацией и соотношением углерода и азота в нем. Эти параметры напрямую зависят от температуры и продолжительности проведения процесса. Повышение температуры способствует росту концентрации углерода и общей глубины слоя, тогда как при более низких температурах преобладает насыщение азотом. В промышленности в зависимости от температурного режима выделяют три основных вида цианирования.

Низкотемпературное цианирование проводят в интервале 550–570 °C в соляных ваннах на основе цианистых солей калия (KCN) и натрия (NaCN). Через расплав для интенсификации процесса пропускают сухой воздух. При этих параметрах насыщение поверхности стали азотом происходит более интенсивно, чем углеродом. Этот вид обработки применяют для повышения твердости, износостойкости и теплостойкости инструмента из быстрорежущей стали, а также деталей из среднеуглеродистых марок. Продолжительность процесса составляет от 0,5 до 3 часов, а глубина упрочненного слоя не превышает 0,015–0,04 мм.

Среднетемпературное цианирование выполняют при температурах 800–820 °C в соляных ваннах сложного состава, включающего цианистый натрий (NaCN), хлористый натрий (NaCl) и кальцинированную соду (Na₂CO₃). Длительность выдержки составляет от 30 до 90 минут, что позволяет получить слой глубиной 0,15–0,35 мм. Ключевой особенностью является возможность проведения закалки деталей непосредственно из цианистой ванны с последующим низким отпуском при 180–200 °C. Твердость поверхностного слоя после такой обработки достигает 52–62 HRC, а его химический состав содержит 0,6–0,7% углерода и 0,8–1,2% азота.

Высокотемпературное цианирование (или нитроцементация) проводят при 930–960 °C в соляных ваннах на основе хлористого бария (BaCl₂) с добавлением цианистого натрия. Продолжительность процесса составляет 1,5–6 часов, а глубина слоя может достигать 0,15–2 мм. Высокая температура может вызвать рост зерна аустенита, поэтому непосредственную закалку из ванны не проводят. Детали охлаждают на воздухе, а затем подвергают классической закалке с низким отпуском, достигая твердости 63–65 HRC. Цианированный слой содержит 0,8–1,2% углерода и 0,2–0,3% азота.

Сравнивая высокотемпературное цианирование с классической цементацией, можно выделить ряд преимуществ. Цианирование обеспечивает меньшее коробление деталей сложной формы, более высокое сопротивление изнашиванию и коррозии, а также требует меньшего времени для достижения аналогичной глубины слоя. Однако процесс имеет существенные недостатки, главными из которых являются сильная ядовитость цианистых солей и высокая стоимость. Это требует организации отдельных помещений для ванн и оснащения их мощными вентиляционными системами для обеспечения безопасности труда.