Об эффективности использования соляных ванн на основе карбамида для низкотемпературного цианирования улучшаемых углеродистых и легированных сталей

   Цель. Провести исследование цианирования улучшаемых углеродистых и легированных сталей марок 30, 30ХГТ, 30Х13 при температуре 550–580 °С в ваннах на основе карбамида и углекислого натрия. Сформулировать рекомендации по использованию данных ванн для поверхностного упрочнения углеродистых и легированных улучшаемых сталей, применяемых для изготовления деталей машин.

   Методы. Исследована микроструктура диффузионного слоя сталей на поперечных шлифах с использованием оптического микроскопа XIMEA с программным обеспечением Axalit, а также с помощью электронного растрового микроскопа Quanta FEG–650 с системой микроанализа фокусированным ионным пучком EBCD. Испытания цианированных образцов на изнашивание проводили в условиях трения, аналогичных условиям работы штамповых инструментов. Износостойкость нитроцементованных образцов исследовалась на машине трения СМЦ–2. Испытания проводились как в условиях сухого трения, так и в условиях граничного трения.

   Результаты. Экспериментально показана высокая эффективность предлагаемого состава ванны при данной температуре. В результате цианирования на поверхности сталей образуются модифицированные слои, насыщенные твердыми включениями (ε-фазы), отличающиеся высокой твердостью, низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью.

   Заключение. По результатам проведённых исследований можно заключить, что низкотемпературное цианирование улучшаемых сталей различных марок возможно проводить в бесцианистых соляных ваннах. Оптимальный состав цианирующей ванны: 40 % карбамида (NH₂)₂CO; 40 % кальцинированной соды Na₂CO₃ и 20 % поваренной соли NaCl. Предлагаемая ванна не содержит токсичных и дефицитных компонентов, поэтому безопасна с экологической точки зрения и весьма дёшева и может быть с большим эффектом использована в машиностроительном, ремонтном и инструментальном производствах.

1. Повышение эксплуатационных свойств хромомолибденованадиевой стали 30Х3МФ для автомобильных деталей нитроцементацией в активной среде / В. И. Колмыков, Р. Ю. Костин, Ю. С. Воробьев, Д. В. Колмыков // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2022. Т. 12, № 1. С. 41–53. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=48562173&ysclid=ly2lsseizg760639537

2. Колмыков В. И., Колмыков Д. В., Чаплыгин В. Ю. Цианирование легированных наплавок в карбамидо-натриевой ванне при восстановлении деталей машин // Современные материалы, техника и технологии : сборник научных статей 9-й Международной научной конференции / отв. ред. А. А. Горохов. Т. 1. Курск: Университетская книга, 2019. С. 86–92.

3. Тельдеков В. А., Гуревич Л. М. Исследование технологии низкотемпературной нитроцементации для комплексного упрочнения деталей машин // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2021. № 10(257). С. 64–68.

4. Controlled thermogasocyclic nitriding processes / I. S. Belousova, P. S. Bibikov, A. A.Orekhov, E. I. Starovoitov // INCAS BULLETIN. 2021. Vol. 13, special is. P. 13–20. doi: 10.13111/2066-8201.2021.13.S.2.

5. Фазовые превращения в стали 34ХН1М под действием электролитно-плазменной нитроцементации / Н. А. Попова, Л. А. Ерыгина, Е. Л. Никоненко, М. К. Скаков, Н. А. Конева, Э. В. Козлов // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2017. Т. 81, № 3. С. 383–385.

6. Петрова Л. Г., Сергеева А. С. Контроль фазового состава аустенитных сталей при поверхностном упрочнении методом высокотемпературного азотирования // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2020. № 6(108). С. 3–11. doi: 10.30987/2223-4608-2020-6-3-11

7. Белашова И. С., Бибиков П. С., Прокофьев М. В. Особенности технологии азотирования высоколегированных коррозионностойких сталей авиационного назначения // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28, № 2. С. 206–215.

8. Kostin N. A. Pack cyaniding of steel 6KH4M2FS in order to increase heavily-loaded die durability // Metal Science and Heat Treatment. 2020. Vol. 62, no. 5/6. P. 331–335.

9. Features of cathodic plasma electrolytic nitrocarburizing of low-carbon steel in an aqueous electrolyte of ammonium nitrate and glycerin / I. Tambovskiy, T. Mukhacheva, I. Gorokhov, I. Suminov, S. Silkin, I. Dyakov, S. Kusmanov, S. Grigoriev // Metals. 2022. Vol. 12, no. 10. P. 1773.

10. Костин Н. А. Особенности закалки штамповых сталей 5ХГС и 5Х3ГС, науглероженных до заэвтэктоидных концентраций // Черные металлы. 2020. № 5. С. 31–36.

11. Белашова И. С., Маринин Е. А., Лисовский В. А. Количественная оценка эффективности лазерных технологий поверхностного модифицирования // Черные металлы. 2023. № 7. С. 47–51.

12. Формирование азотированных слоев в железе в условиях термоциклирования / Л. Г. Петрова, И. С. Белашова, Е. А. Маринин, О. Б. Лисовская // Черные металлы. 2023. № 7. С. 42–46.

13. Влияние электролитно-плазменной нитроцементации на фазовый состав сплава 40ХНЮ / Н. А. Попова, Е. Л. Никоненко, Г. У. Ерболатова, А. В. Никоненко // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2019. Т. 21, № 3. С. 24–32.

14. Грашков С. А., Колмыков В. И. Повышение износостойкости стали ХВГ для деталей топливной аппаратуры дизелей методом нитроцементации // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2020. Т. 10, № 1. С. 43–56. EDN: TNHSOE.

15. Об использовании повторной низкотемпературной нитроцементации для эффективного упрочнения коленчатых валов автомобилей КАМАЗ, прошлифованных под ремонтные размеры / В. И. Колмыков, Р. Ю. Костин, Ю. С. Воробьев, Д. В. Колмыков // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 2. С. 70–85. doi: 10.21869/2223-1528-2023-13-2-70-85

16. Влияние электролитно-плазменной нитроцементации на структурно-фазовое состояние сталей феррито-перлитного класса / Н. А. Попова, Е. Л. Никоненко, А. В. Никоненко, В. Е. Громов, О. А. Перегудов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2019. Т. 62, № 10. С. 782–789.

17. Влияние многоцикловой нитроцементации на микроструктуру и твердость поверхностного слоя низкоуглеродистой стали / Н. Тавиджун, Т. Прадитья, С. Бутчай, Ч. Канчаномай // Металловедение и термическая обработка металлов. 2021. № 7 (793). С. 38–46.

18. Бегатов Ж., Джалилова М. Влияние режимов низкотемпературной нитроцементации на структуру и свойства стали 4ХМФС // Belarusian-Uzbek Scientific and Methodologikal Journal. 2022. Vol. 1, no. 2. P. 45–48.

19. Тилабов Б. К., Нормуродов У. Э. Нитроцементация игольчатых звездочек из углеродистой стали и их последующая закалка и низкий отпуск // Universum: Технические науки. 2021. № 2-4(83). С. 21–24.

20. Increasing wear and corrosion resistance of tool steel by anodic plasma electrolytic nitriding / I. G. Dyakov, S. V. Burov, P. N. Belkin, E. V. Rozanov, S. A. Zhukov // Surface and Coatings Technology. 2019. Vol. 362. P. 124–131.