ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛИ 4ХМФС

THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 93 ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛИ 4ХМФС 1Ж.М.Бегатов, 2Д.Х. Иминжонов, 2А.Б. Пулатов, 2У.Э. Эркинжонов 1PhD, доцент, заведующей кафедры «Технология машиностроения», Совместный Белорусско-Узбекский межотраслевой институт прикладных технических квалификаций, Ташкент, Узбекистан. 2Магистранты Совместного Белорусско-Узбекского межотраслевого института прикладных технических квалификаций, в городе Ташкента https://doi.org/10.5281/zenodo.17738276 Аннотация. В данной статье приведены результат исследований влияния режимов низкотемпературной нитроцементации на структуру и свойства сталей 4ХМФС. Показано возможности проведения комбинированной технологии с нитроцементацией. Ключевые слова: нитроцементации, цианирования, аустенит, мартенсит, твердость, отпуск. Annotation. This article presents the results of studies of the effect of low-temperature nitrocarburizing modes on the structure and properties of 4ХМФС steel. The possibilities of carrying out the combined technology with nitrocarburizing are shown. Key words: nitrocarburizing, cyanidation, austenite, martensite, hardness, tempering. Сущность комбинированной химико-термической обработки в нашем случае состоит в возможности совмещения процессов насыщения сталей атомами углерода, азота и процесса отпуска сталей в единый технологической цикл. Было установлено, что наиболее оптимальной температурой нагрева под закалку рассматриваемых сталей, с точки зрения износостойкости, теплостойкости структуры, являются температуры закалки 11501200⁰С. При этих температурах возникает повышенная легированность твердого раствора, возрастает дефектность кристаллического строения. При проведении отпуска для этих сталей в районе температур 550-600⁰С начинается процесс вторичного твердения сталей за счет выделения теплоустойчивых мелкодисперсных карбидов. Известно, что процесс насыщения атомами углерода и азота при низкотемпературном цианировании начинается при температуре 560⁰С, причем для интенсивного насыщения стали углеродом в короткое время температура процесса должна быть как можно выше. [1] Однако с увеличением температуры выше 650⁰С начинаются процессы распада структуры стали, что ведет к разупрочнению стали и снижению твердости. Поэтому в нашем случае для совмещения процессов отпуска и цианирования были выбраны интервалы температур 550-620⁰С. THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 94 Рис.1.1. Влияние времени выдержки на глубину диффузионного слоя стали 4ХМФС после закалки с 1150°С и процесса нитроцементации при температурах 550°С (кривая 1) и 600°С (кривая 2), состав 1. Рис.1.2. Влияние времени выдержки на глубину диффузионного слоя стали 4ХМФС после закалки с 1150°С и процесса нитроцементации при температурах 550°С (кривая 1) и 600°С (кривая 2), состав 2. Необходимо было установить оптимальное время насыщения сталей атомами азота и углерода для получения насыщенного слоя глубиной от 0,2 до 0,4 мм. Для процесса насыщения нами были выбраны состав из смеси карбамида (мочевина) и сажы; известно, что мочевина разлагается согласно реакции 2(NH2)2СO=4N+4H2+C+CO2 Выделяющиеся при этом разложении углерод и азот диффундируют в сталь. Использование сажи в карбюризаторах для цементации дает возможность интенсифицировать процесс науглероживания стали. [2] В качестве насыщающей среды были выбраны 2 состава: 1. 60% сажи + 40% карбамида. 2. 80% сажи + 20% карбамида. THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 95 Такое соотношение было выбрано исходя из рекомендаций по твердому цианированию в смеси древесного угля и желтой кровяной соли. В нашем случае древесный уголь был заменён газовой сажей, а желтая кровяная соль – карбамидом (мочевиной) как наиболее технологической средой. [3] Кроме этого, карбамид производится в Республике Узбекистан в производственном объединении «Навоиазот» и не является дефицитным сырьем. С целью выявления оптимального состава были сначала проведены исследования по насыщению образцов сталей 4ХМФС, 4Х5МФ1С двумя составами при температуре 550-600⁰С. Были подготовлены стальные контейнеры, куда помещали образцы сталей с соответствующей засыпкой смеси сажи и карбамида. Крышку контейнера замазывали огнеупорной глиной и контейнер помещали в разогретую до заданной температуры электропечь. Исследовали глубину карбонитридной зоны в сталях при температурах закалки 1150⁰С, температуре насыщения 550-600⁰ и времени выдержки от 1 до 4 часов (рис. 1.1-1.2). Время выдержки выбиралось согласно общепринятым рекомендациям. Совместное насыщение сталей азотом и углеродом резко отличается от процесса цементации,[4] азотирования и борирования.[5] Активность азота и углерода в процессе нитроцементации зависит от парциального давления азота и углерода, которое в свою очередь зависит от температуры насыщающий среды. При более низких температурах активно происходит генерирование азота за счет диссоциации карбамида (мочевина). С ростом температуры насыщающей среды более активно начинает выделяться углерод, который в процессе диффузии вытесняет азот в более глубокие слои стали. В нашем случае в процессе совмещения отпуска сталей с процессом низкотемпературной нитроцементации, насыщенный слой представляет собой тонкую смесь мартенсита и образовавшихся карбонитридных фаз. На поверхности цианированного слоя образуется тонкий не травящейся слой светлой корки карбида. После слоя корки располагается толстая темнотравящаяся зона, не имеющая резкой границы с основной структурой. Твердость темнотравлящейся зоны HV 10000 МПа, твердость светлой корки HV 8600 Мпа. Структура темнотравящейся зоны представляет собой смесь мартенсита, карбидов и карбонитридов типа М3(С,N). Рис.1.3. Изменение микротвёрдости цианированного слоя по глубине насыщения стали 4ХМФС. Тнасыщ=550°С THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 96 Время насыщения 1 – 1 час, 2 – 2 часа, 3 – 3 часа, 4 – 4часа Изменение микротвёрдости поверхностного слоя образцов сталей 4ХМФС подвергнутых низкотемпературной нитроцементации, показано, на (рис 1.3.) Для сталей 4ХМФС микротвердость поверхностной зоны достигает значений 8000 Мпа в течение одного часа, для получения значений микротвердости 10000Мпа минимальное время насыщения должно быть три часа. Анализ представленных данных показывает, что температуры насыщения 550⁰С и 600⁰С практически дают одно значение микротвердости. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Гуляев А.М, Гуляев А.А. Металловедения – М.: Металлургия - 2011-576с. 2. Костин Н.А, Колмыков В.И, Трусова Е.В, Ермакова Н.В. Способ нитроцементации из конструкционных и инструментальных сталей: Патент № 2600612 от 27.10. 2016. 3. Колмыков, В.И. Цианирование инструментальных сталей в экологически безопасном карбюризаторе [Текст] / В.И. Колмыков, Р.А. Ковынев, В.М. Переверзев, и др. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – М.: ОАО «ВНИИОЭНГ». 2006. – № 12. – С. 108-111. 4. Руденко С.М. Валько А.А., Моденов Е.И. Структура цементированных слоев зубчатых колес трансмиссий энергонасыщенных машин. // МиТОМ, 2012. №4– С. 38-42. 5. Костин Н.А., Трусова Е.В. Расчет кинетики формирования диффузионных слоев при борировании сталей на основе модельных представлений. // Журнал Вопросы материаловедения 2017. №1. С. 31-38.