ВСТУП
У сучасних умовах розвитку суспільства одним із самих значущих факторів технічного прогресу в машинобудуванні є вдосконалення технології виробництва. Корінне перетворення виробництва можливе в результаті створення досконаліших засобів праці, розробки принципово нових технологій.
Розвиток і вдосконалення будь-якого виробництва в даний час пов'язаний з його автоматизацією, створенням робототехнічних комплексів, широким використанням обчислювальної техніки, застосуванням верстатів з числовим програмним управлінням. Все це складає базу, на якій створюються автоматизовані системи управління, стають можливими оптимізація технологічних процесів і режимів обробки, створення гнучких автоматизованих комплексів.
Важливим напрямком науково-технічного прогресу є також створення і широке використання нових конструкційних матеріалів. У виробництві все ширше використовують надчисті, надтверді, жароміцні, композиційні, порошкові, полімерні та інші матеріали, що дозволяють різко підвищити технічний рівень і надійність устаткування. Обробка цих матеріалів пов'язана з вирішенням серйозних технологічних питань.
Створюючи конструкції машин і приладів, забезпечуючи на практиці їх задані характеристики і надійність роботи з урахуванням економічних показників, інженер повинен впевнено володіти методами виготовлення деталей машин і їх складання. Для цього він повинен володіти глибокими технологічними знаннями.

1. Наведіть схему електропечі і дайте опис виробництва сталі в ній.
Електросталеплавильне виробництво - це отримання якісних і високоякісних сталей в електричних печах, що мають суттєві переваги в порівнянні з іншими сталеплавильними агрегатами.
Виплавка сталі в електропечах заснована на використанні електроенергії для нагріву металу. Тепло в електропечах виділяється в результаті перетворення електроенергії у теплову при горінні електричної дуги або в спеціальних нагрівальних елементах, або з допомогою порушення вихрових струмів.
На відміну від конвертерного і мартенівського процесів виділення тепла в електропечах не пов'язане зі споживанням окислювача. Тому електроплавку можна вести в будь-якому середовищі - окисної, відновної, нейтральною і в широкому діапазоні тисків - в умовах вакууму, атмосферного або надлишкового тиску. Електросталь, призначену для подальшого переділу, виплавляють, головним чином в дугових печах з основною футеровкой і в індукційних печах.
Дугова плавильна електропіч харчується трифазним змінним струмом і має три циліндричних електрода 9 з графитизированной маси. Електричний струм від трансформатора кабелями 7 підводиться до електротримач 8, а через них - до електродів 9 і ванні металу. Між електродами і металевою шихтою 3 виникає електрична дуга, електроенергія перетворюється в теплоту, яка передається металу і шлаку випромінюванням. Робоча напруга 160-600 В, сила струму 1-10 кА. Під час роботи печі довжина дуги регулюється автоматично шляхом переміщення електродів. Сталевий кожух 4 печі футерований вогнетривкою цеглою 7, основним (магнезитовий, магнезітохромітовий) або кислим (динасові). Подину 12 печі набивають вогнетривкої масою. Плавильне простір обмежений стінками 5, подини 12 і склепінням 6 з вогнетривкої цегли. Для управління ходом плавки є робоче вікно 10 і льотка для випуску готової сталі по жолобі 2 в ківш. Піч завантажують при знятому склепінні. Механізмом 11 піч може нахилятися убік завантажувального вікна і льотки. Місткість цих печей 0,5 - 400 т. У металургійних цехах використовують електропечі з основною футеровкой, а в ливарних з кислою. У основній дуговій печі можна здійснити плавку двох видів: на шихті з легованих відходів (методом переплаву) і на вуглецевої шихті (з окисленням домішок).

Рис.1. Схема дугового плавильної електропечі.
Плавку на шихті з легованих відходів ведуть без окислення домішок Шихта для такої плавки повинна мати менше, ніж в виплавленої сталі, марганцю і кремнію і низький вміст фосфору. По суті це переплав. Однак у процесі плавки домішки (алюміній, титан, кремній, марганець, хром) окислюються. Крім цього, шихта може містити оксиди. Після розплавлення шихти з металу видаляють сірку, наводячи основний шлак, при необхідності насичуватися вуглецем і доводять метал до заданого хімічного складу. Потім проводять дифузійне розкислення, подаючи на шлак мелкораздробленной феросиліцій, алюміній, мелений кокс. Так виплавляють леговані сталі з відходів машинобудівних заводів.
Плавку на вуглецевої шихті застосовують для виробництва конструкційних сталей. У піч завантажують шихту, сталевий брухт (90%), чушковий передільний чавун (до 10%), електродний бій або кокс для науглероживания металу і вапно 2-3%. Потім електроди опускають і включають струм; шихта під дією електродів плавиться, метал накопичується на подині печі. Під час плавлення шихти киснем повітря, оксидами шихти і окалини окислюються залізо, кремній, фосфор, марганець і частково вуглець. Оксид кальцію з вапна і оксиди заліза утворюють основний залізистий шлак, що сприяє видаленню фосфору з металу.
Після нагріву металу і шлаку до температури 1500-1540 ° С в піч завантажують руду і вапно і проводять період «кипіння» металу; відбувається подальше окислення вуглецю. Коли зміст вуглецю буде менше заданого на 0,1%, кипіння припиняють і видаляють з печі шлак. Потім приступають до видалення сірки і розкисленню металу, доведення хімічного складу до заданого. Розкислення виробляють осадженням і дифузійним методом. Після видалення залозистого шлаку в піч подають селікомарганец і силікокальцій - раскислители для охолоджуючого розкислення. Потім в піч завантажують вапно, плавиковий шпат шамотний бій. Після розплавлення флюсів і освіти високоосновні шлаку на його поверхню вводять розкислюючу суміш для дифузійного розкислення (вапно, плавиковий шпат, мелений кокс, феросиліцій), вуглець коксу і кремній феросиліцію відновлюють оксид заліза в шлаку, зміст його в шлаку знижується, і кисень з металу по закону розподілу переходить в шлак. У міру розкислення і зниження вмісту FeO шлак стає майже білим. Розкислення під білим шлаком триває 30-60 хвилин.
У цей період створюються умови для видалення з металу сірки, що пояснюється високим (до 55-60%) вмістом СаО в шлаку, низьким (менше 0,5%) вмістом FеО і високою температурою металу.
Для визначення хімічного складу металу беруть проби і при необхідності в піч вводять феросплави для отримання заданого хімічного металу, після чого виконують кінцеве розкислення стали алюмінієм і силікокальцієм і випускають метал з печі в ківш.
При виплавці легованих сталей в дугових печах в сталь вводять легуючі елементи у вигляді феросплавів. Порядок введення визначається спорідненістю легуючих елементів до кисню. У дугових печах виплавляють високоякісні вуглецеві сталі - конструкційні, інструментальні, жароміцні і жаростійкі.
Індукційна тигельна плавильна піч є водоохолоджуваному індуктора 3, всередині якого знаходиться тигель 4 з металевою шихтою. Через індуктор від генератора високої частоти проходить однофазний змінний струм підвищеної частоти (500-2000 Гц). Струм створює змінний магнітний потік, пронизуючи шматки металу в тиглі, наводить у них потужні вихрові струми (Фуко), що нагрівають метал 1 до розплавлення і необхідних температур перегріву. Тигель виготовляють з кислих (кварцит) або основних (магнезитовий порошок) вогнетривів. Місткість тигля 60 кг - 25 т. Для зменшення втрат теплоти піч має знімний звід 2.
Індукційні печі мають переваги перед дуговими: у них відсутня електрична дуга, що дозволяє виплавляти сталь із низьким вмістом вуглецю, газів і малим чадом елементів; при плавці в металі виникають електродинамічні сили, які перемішують метал у печі і сприяють вирівнюванню хімічного складу, Спливання неметалічних включень ; невеликі розміри печей дозволяють розміщувати їх у камери, де можна створювати будь-яку атмосферу вакуум. Однак ці печі мають малу стійкість футеровки, і температура шлаку в них недостатня для протікання металургійних процесів між металом і шлаком. Ці переваги і недоліки печей обумовлюють можливості плавки в них; в індукційних печах виплавляють сталь і сплави з легованих відходів методом переплавки або з чистого шихтового заліза і скрапу з добавкою феросплавів методом сплавлення.
                         

Рис. 2. Схема індукційної плавильної печі.
При завантаженні ретельно підбирають хімічний склад шихти у відповідності з заданими, а необхідну кількість феросплавів для отримання заданого хімічного складу металу завантажують на дно тигля разом із шихтою. Після розплавлення шихти на поверхню металу завантажують жужільну суміш для зменшення теплових втрат металу і зменшення чаду легуючих елементів, захисту його від насичення газами. При плавці в кислому печі після розплавлення і видалення плавильного шлаку наводять шлак з бою скла (SiO _2). Метал раскисляют ферросилицием, ферромарганцем і алюмінієм перед випуском його з печі.
В індукційних печах з основною футеровкой виплавляють високоякісні леговані сталі з високим вмістом марганцю, нікелю, титану, алюмінію, а в печах з кислою футеровкой - конструкційні, леговані іншими елементами сталі. У цих печах можна одержувати сталі з низьким вмістом вуглецю і безвуглецевий сплави, так як в печах немає насичуватися вуглецем середовища і науглероживания не відбувається.
За вакуумної індукційної плавки індуктор з тиглем, дозатор шихти та виливниці поміщають у вакуумні камери. Плавка, введення легуючих добавок, розкислювачів, розливання металу у виливниці проводяться без порушення вакууму в камері. Таким способом одержують сплави високої якості з малим вмістом газів, неметалевих включення, сплави, леговані будь-якими елементами.

2. Опишіть види зносу різального інструменту та вплив на зношування інструмента змащувально-охолоджувальної рідини та інших факторів.
Одним і найбільш важливим показником експлуатації різального інструменту є його працездатність, визначальна стан, при якому ріжучий інструмент виконує свою роботу, маючи знос робочих поверхонь, менший критичного значення. Забезпечити максимізацію працездатності, значить підвищити зростання продуктивності праці, заощадити дорогий матеріал, енергію і трудові ресурси.
Працездатність різального інструмента може бути підвищена завдяки такій зміні поверхневих властивостей інструментального матеріалу, при якому контактна поверхня інструмента буде найбільш ефективно чинити опір абразивного, адгезійними, корозійно-окислювальному та ін видів зносу як при кімнатній, так і при підвищеній температурах. Так само інструментальний матеріал повинен володіти достатнім запасом міцності при стисненні, вигині, додатку ударних навантажень.
Більшість інструментальних матеріалів володіють лише кількома з зазначених вище властивостей, що різко знижує їх область застосування. Наприклад, інструменти зі швидкорізальної сталі володіють відносно невисокою теплостійкістю, середньою твердістю, невеликими міцністю при вигині і ударною в'язкістю; керамічні ріжучі інструменти мають підвищену твердість, зносостійкість і високу теплопровідність, але їм притаманні низька ударна в'язкість і підвищена крихкість.
З більшої кількості видів зносу можна виділити основні:
- Адсорбційно-корозійно-втомний (АКУ)
- Абразивний
- Молекулярний (адгезійний)
- Аеро-та гідроабразивного
- Корозійний
АКУ (адсорбційно-корозійно-втомний) знос широко поширений в рухливих дієвідміни, добре захищених від проникнення в них абразиви. Пояснюється це тим, що при ковзанні, упровадилися мікронерівності більш жорсткого тіла деформують поверхневі шари менш жорсткого. При цьому деформація самих мікронерівностей значно менше і їй можна знехтувати, вважаючи мікронерівності абсолютно жорсткими. Деформування поверхневих шарів менш жорсткого тіла призводить до зменшення концентрації легуючих елементів в окремих мікрооб'ємах деформівних шарів. Це служить осередком зародження смуг течії, які виникають у більш напружених областях поверхневих шарів. У смугах течії при деформуванні пересуваються дислокації, що підвищує їх концентрацію біля кордонів перетину. Взаємодія дислокацій в цих місцях призводить до розпушення в них матеріалу і утворення мікропор.
Надалі мікропори зливаючись утворюють мікротріщини, які об'єднуються в макротріщини. Макротріщини в міру силових впливів твердих тіл у процесі тертя збільшуються в розмірах і об'єднуються, приводячи до появи частини зносу.
При абразивному зносі мікронерівності більш жорсткого тіла, частинки навколишнього середовища або продукти зносу впроваджуються в поверхню менш жорсткого з взаємодіючих тіл, що призводить до його зносу. Якщо впроваджуються мікронерівності більш жорсткого тіла в поверхню менш жорсткого, то деформуючи останню, вони можуть викликати появу стружки. При зносі під дією часток навколишнього середовища або продуктів зносу відбувається впровадження мікронерівностей в менш жорстке тіло, а потім знос цими частками поверхні більш жорсткого тіла.
Аеро - і гідроізнос відбувається в результаті впливу на поверхню матеріалу твердих частинок, які рухаються в потоках газу або рідини.
Молекулярний (адгезійний) знос - руйнування зв'язків, що виникають в результаті міжатомних та міжмолекулярних взаємодій.
Ці зв'язки відбуваються між плівками, які покривають поверхню твердого тіла. Знос відбувається, коли фрикційна зв'язок на межі розділу виявляється міцніше, ніж нижележащий матеріал.
Корозійний знос поширений в середовищах (у мастильної та робочого), що містять корозійно-активні речовини.
Знос інструмента призводить не тільки до зниження точності розмірів і геометричної форми оброблених поверхонь. Робота тупі інструментом викликає зростання сили різання. Відповідно збільшуються складові сили різання, що викликає підвищену деформацію заготовки та інструменту і ще більше знижує точність і змінює форму оброблених поверхонь заготовок. Збільшуються глибина наклепаного поверхневого шару матеріалу заготовки і сили тертя між заготівлею та інструментом, що, у свою чергу, збільшує теплоутворення в процесі різання.
Процес різання супроводжується утворенням теплоти. Кількість теплоти Q, що виділяється в одиницю часу, Дж / ​​хв: Q = P _z υ.
Теплота утворюється в результаті пружнопластичного деформування в зоні стружкообразования, тертя стружки об передню поверхню інструмента, тертя задніх поверхонь інструменту об поверхню різання і оброблену поверхню заготовки.
Теплоутворення негативно впливає на процес різання. Нагрівання інструменту до високих температур (800-1000 ° С) викликає структурні перетворення в металі, з якого він виготовлений, зниження твердості інструмента і втрату різальних властивостей. Нагрівання інструменту викликає зміна його геометричних розмірів, що впливає на точність розмірів і геометричну форму оброблених поверхонь. Похибка форми оброблених поверхонь зростає через непостійність температурного поля за обсягом заготівлі в процесі обробки, і після охолодження обробленої заготовки виникають додаткові похибки обробленої поверхні. Температурні похибки слід враховувати при налагодженні верстатів. Для визначення похибок необхідно знати температуру інструмента і заготовки або кількість теплоти, що переходить у них.
Для зменшення негативного впливу теплоти на процес різання обробку ведуть в умовах застосування мастильно-охолоджуючих середовищ. Залежно від технологічного методу обробки, фізико-механічних властивостей матеріалів оброблюваної заготовки й різального інструменту, а також режиму різання застосовують різні мастильно-охолоджуючі середовища.
Рідини: водні розчини мінеральних електролітів, емульсії, розчини мив; мінеральні, тварини і рослинні олії, мінеральні масла з додаванням фосфору, сірки, хлору (сульфофрезола), гас і розчини поверхнево-активних речовин в гасі; масла і емульсії з додаванням змащувальних речовин ( графіту, парафіну, воску).
Гази і газоподібні речовини: гази СО _2, ССI, N _2; пари поверхнево-активних речовин; розпорошені рідини (туман) і піни

Тверді речовини: порошки воску, парафіну, петролатуна, бітуму; мильні порошки.
Частіше за все при обробці різанням застосовують мастильно-охолоджуючі рідини. Володіючи змащувальні властивості, рідини знижують тертя стружки об передню поверхню інструмента і задніх поверхонь інструменту про заготівлю. Одночасно знижується робота деформування. Загальна кількість теплоти, що виділяється при різанні, зменшується. Змащувально-охолоджувальні середовища відводять теплоту в зовнішнє середовище від місць її освіти, охолоджуючи ріжучий інструмент, що деформується шар і оброблену поверхню заготовки. Змазує дію середовищ перешкоджає утворенню наліпами металу на поверхнях інструмента, в результаті чого знижується шорсткість оброблених поверхонь заготовки. Застосування змащувально-охолоджуючих середовищ призводить до того, що ефективна потужність різання зменшується на 10-15%; стійкість різального інструмента зростає, оброблені поверхні заготовок мають меншу шорсткість і більшу точність, ніж при обробці без застосування змащувально-охолоджуючих середовищ.
При чорнової і получістовой обробці, коли потрібне сильне охолоджуючу дію середовища, застосовують водні емульсії. Кількість емульсії, яка у процесі різання, залежить від технологічного методу обробки та режиму різання і коливається від 5 до 150 л / хв. Збільшувати кількість рідини, що подається рекомендують при роботі інструментів, армованих пластинками твердого сплаву, що сприяє їх рівномірному охолодженню і оберігає від розтріскування. При чистової обробки, коли потрібно одержати високу якість обробленої поверхні, використовують олії. Для активізації мастильних матеріалів до них додають активні речовини - фосфор, сірку, хлор. Під впливом високих температур і тисків ці речовини утворюють з металом контактуючих поверхонь з'єднання, що знижують тертя - фосфіди, хлориди, сульфіди. При обробці заготовок з крихких металів, коли утворюється стружка надлому, в якості охолоджуючої середовища застосовують стиснуте повітря, вуглекислоту.
Мастильно-охолоджуючі середовища по-різному подаються у зону різання. Найбільш поширена подача рідини в зону різання через вузьке сопло на передню поверхню інструменту під тиском 0,05-0,2 МПа. Більш ефективно високо-напірний охолодження. У цьому випадку рідина подають тонким струменем під тиском 1,5-2 МПа з боку задніх поверхонь інструменту. Досить ефективним є охолодження розпорошеними рідинами - туманом, який подають з боку задніх поверхонь інструменту. У тих випадках, коли охолодження ріжучого інструменту утруднено, використовують підведення рідини безпосередньо в зону різання через порожній ріжучий інструмент.

3. Докладно опишіть процеси, що протікають при хіміко-термічної обробки сталі. Види ХТО і область їх застосування.
Хіміко-термічна обробка - теплова обробка металів у різних хімічно активних середовищах з метою зміни хімічного складу і структури поверхневого шару металу, що підвищують його властивості.
Залежно від елемента, що насищає поверхню заготовки, розрізняють такі види обробки:
- Цементацію,
- Азотування,
- Ціанування,
- Дифузійну металлизацию.

Цементація - найбільш поширений в машинобудуванні спосіб хіміко-термічної обробки сталевих деталей - застосовується для отримання високої поверхневої твердості, зносостійкості і втомної міцності деталей. Ці властивості досягаються збагаченням поверхневого шару низьковуглецевої та нелегованої сталі вуглецем до концентрації евтектоїдних або заевтектоідной і наступною термічною обробкою, що повідомляє поверхневому шару структуру мартенситу з тим чи іншим залишковим кількістю залишкового аустеніту та карбідів.
Глибина цементованого шару зазвичай знаходиться в межах 0,5 - 2,0 мм (Іноді для дрібних деталей у межах 0,1 - 0,3 мм , А для великих - більше 2,0 мм ). Цементацію сталевих деталей здійснюють у твердих, газових і рідких карбюризаторе. За останні роки все більшого розвитку набуває газова цементація.
¨ Цементація в твердому карбюризаторе.
¨ Цементація в твердому карбюризаторе з нагріванням струмом високої частоти (далі т. в. Ч.).
¨ Цементація в пастах.
¨ Цементація в пастах з нагріванням т. в. ч.
¨ Газова цементація.
¨ Високотемпературна газова цементація сталі в печах.
¨ Цементація з нагріванням т. в. ч.
¨ Іонна цементація.
¨ Газова цементація киснево-ацетиленовим полум'ям.
¨ Цементація в рідкому середовищі.
¨ Цементація в розплавленому чавуні.
Як видно з наведеного списку видів цементації, їх існує досить багато. Зупинимося докладніше на газовій цементації, так як вона використовується досить часто.

Газова цементація.

Можливість цементації сталі в газовому середовищі була показана ще в роботі П. П. Аносова, виконаної в 1837 році. Однак тільки майже через сто років (у 1935 р .) Цей процес започаткували вперше впроваджувати у виробництво в високопродуктивних муфельних печах безперервної дії на автозаводі ім. Лихачова. При цьому в якості газового карбюризатора була використана середа, одержувана при піролізі і крекінгу гасу.
Для газової цементації поки ще часто застосовують шахтні муфельні печі і печі безперервної дії з довгими горизонтальними муфеля з окаліностойкості сплаву. Зрідка застосовують також печі з обертовими ретортами. В останні роки почали отримувати все більше поширення безмуфельние печі безперервної дії, що нагріваються випромінюючими трубками зі сталі Х23Н18 або Х18Н25С2.
Деталі завантажують в печі у піддонах (у кошиках) або в різних пристроях, на яких вони розташовуються на відстані 5 - 10 мм між цементуємих поверхнями; дрібні деталі завантажують навалом на етажерки, що поміщаються в кошики.
Для газової цементації використовують різні карбюризатора - гази: природний (92 - 97% СН _4); природний розбавлений для міських потреб (60 - 90% СН _4); світильний (20 - 35% СН _4, 5 - 25% СО): нафтовий (50 - 60% СН _4): коксовий (20 - 25% СН _{4, 4} - 10% СО); зріджені: пропан, бутан, пропано-бутанова суміш.
Складні вуглеводні, які входять до складу карбюризаторів або утворюються при розкладанні з в результаті ряду проміжних реакцій, розпадаються в основному до метану. При крекінгу вуглеводнів, який проводиться для зниження їх активності або отримання ендогаза, утворюється також СО. Таким чином, хімізм виділення атомарного вуглецю при газовій цементації зводиться до розпаду метану та оксиду вуглецю.
СН ₄ = С + 2Н _2.
2СО = СО ₂ + С.
Метан є більш активним карбюризатором небезпечніший. Для науглероживания заліза при 900-1000 ⁰ С у суміші СН _{4;-Н 2} достатньо наявності всього лише декількох відсотків метану, тоді як для цементації в суміші СО-СО ₂ необхідна концентрація близько 95-97% СО.

Властивості цементованной сталі.

Оптимальний вміст вуглецю в поверхневій зоні цементованного шару більшості сталей 0,8-0,9% C, при такому його кількості сталь має високу зносостійкість. Подальше збільшення вміст вуглецю зменшує межі витривалості та міцності сталі при статичних і динамічних випробуваннях. Однак найбільш ізносостоєк цементованних шар при дещо підвищеному вмісті в ньому вуглецю (за деякими даними до 1,2% С). при цьому після термічної обробки цементованних шар повинен мати структуру мелкоігольчатого або прихованокрісталлічеського мартенситу з дрібними глобулами карбідів і невеликою кількістю залишкового аустеніту.
Цементація підвищує межу витривалості сталі. Пояснюється це, виникненням у шарі залишкових стискаючих напруг у зв'язку з неоднаковим зміною обсягу шару і серцевини стали в процесі цементації і загартування. Найбільше підвищення межі витривалості досягається при цементації на порівняно невелику глибину, коли цементованних шар набуває після гарту мартенситную структуру з мінімальною кількістю залишкового аустеніту, в результаті чого в шарі виникають максимальні стискаючі напруги.
Азотування - процес дифузійного насичення азотом поверхневого шару заготовок, виготовлених із легованих сталей. Такі легуючі елементи, як алюміній, хром, молібден та ін, при азотуванні утворюють з азотом тверді та стійкі хімічні сполуки-нітриди.
Азотуванню, як і цементації, піддають деталі, що працюють на знос і сприймають знакозмінні навантаження. Азотований деталі мають наступні переваги: ​​високу твердість, зносостійкість, теплостійкість та корозійну стійкість. Так як азотуванню піддають в основному леговані стали певних складів і процес має більшу тривалість (30-60 ч.), застосування його виявляється економічно доцільним лише для обробки відповідальних інструментів і деталей авіамоторів, дизелів, турбін, приладів і т. п.
Насичуваність заліза молекулярним азотом при атмосферному тиску і температурі до 1500 ⁰ С невелика, однак її можна збільшити, створивши в печі високий тиск (кілька сот атмосфер). Але цей спосіб насичення заліза азотом поки не представляє практичного інтересу з огляду на його трудомісткості.
Для насичення доцільніше використовувати атомарний азот, що утворюється в момент розкладання сполук, що містять цей елемент. В якості такого з'єднання зазвичай застосовують аміак, дисоціація якого супроводжується виділенням азоту в атомарному активному стані, який, однак, незабаром переходить в молекулярне стан і втрачає свою активність:
2 NH ₃ = 2 N + 6 H
2 N        N ₂
6 H 3 H _2.
Тому азотування інтенсивно протікає лише в тому випадку, коли дисоціація аміаку відбувається в безпосередній близькості від азотіруемой поверхні.

Властивості азотований легованої сталі.

Азотований шар має високу твердість і зносостійкість. Зносостійкість азотований стали в 1,5-4 рази вище зносостійкості загартованих високовуглецевих, цементованних, а також ціанірованних і нітроцементованних сталей.
Азотування знижує в'язкість сталі, підвищує її міцність, послаблює вплив концентраторів напружень на зниження межі витривалості сталі і істотно підвищує межу витривалості, особливо тонких деталей і деталей, що працюють в деяких корозійних середовищах.
Азотування підвищує опір задіраемості і налипання металу під навантаженням і особливо при підвищених температурах.
Азотований сталь має теплостійкістю (красностойкостью), і її твердість зберігається після впливу високих температур. Наприклад, сталь 38ХМЮА зберігає свою твердість при нагріванні до 500-520 ⁰ С протягом декількох десятків годин. Ще більшу стійкість твердості проти впливу температур (до 600 ⁰ С) має аустенітна сталь. Однак при тривалій експлуатації в умовах високих температур азотований шар поступово розсмоктується, на поверхні утворюються оксиди і відбувається глибока дифузія кисню по нітридних прожилках, що утворюється як в процесі азотування, так і при тривалому нагріванні під час експлуатації.
У результаті азотування корозійна стійкість конструкційної сталі (у середовищі повітря, водопровідній воді, перегрітому парі, слабких лужних розчинах) підвищується і, навпаки, аустенітної хромоникельовой і нержавіючої хромової сталі деяких марок знижується. Окаліностойкость останніх сталей також знижується. Це пояснюється тим, що в азотированного шарі цих сталей з твердого розчину усувається значна частина хрому, що входить до складу утворених нітридів. У аустенітної стали деяких складів, наприклад з малим вмістом нікелю, це може супроводжуватися навіть випаданням у азотированного шарі -фази, в результаті чого поверхневий шар стає злегка магнітним.
Азотований сталь має високу ерозійної стійкістю в потоках гарячої води і водяної пари.
Цианирование полягає в одночасному насиченні поверхонь заготовок азотом і вуглецем. Процес ціанування може виконуватися в рідкій і газовій середовищі. У залежності від температури ціанування підрозділяється на низькотемпературне (530-650) і високотемпературне (800-930). При ціанування використовуються отруйні речовини.
Для ціанування на невелику глибину використовують ванни складом:
№ 1 NaCN 20-25%, NaCl 25-50%, Na ₂ CO ₃ 25-50%, температура ціанування 840-870 ⁰ С, тривалість процесу - 1ч.
№ 2 ціанплав ГІПХ 9%, NaCl 36%? CaCl _{лютого 1955%.}
Реакції йдуть у ванні № 1:
2NaCN + O ₂ = 2NaCNO
2NaCNO + o2 = Na ₂ CO ₃ + 2N + CO.
реакції йдуть у ванні № 2:
Ca (CN) 2 = CaCN 2 + C
CaCN2 + O2 = CaO + CO + 2N
2Ca (CN) 2 + 3O2 = 2CaO + 4CO + 4N.
Після ціанування безпосередньо з ванни проводиться гарт.

Структура нітроцементованного і ціанірованного шару.

При ціанування при 850-900 ⁰ С в ціаністих ваннах, містять ціанплав, і при глибокому ціанування при 900-950 ⁰ С в низькопроцентних ваннах з ціаністим натрієм і хлористим барієм сталь з поверхні насичується вуглецем приблизно до тієї ж концентрації, що і при цементації, і лише трохи азотом. При ціанування у ванні № 1 сталь насичується вуглецем дещо менше, ніж при цементації, а азотом в поверхневій зоні шару більше, ніж в інших ваннах.

Низькотемпературна нітроцементація і ціанування.

Низькотемпературної нітроцементації і ціанування при 560-700 ⁰ С піддаються сталі різного призначення для підвищення їх поверхневої твердості, зносостійкості, межі витривалості, теплостійкості і протизадирних властивостей. Зазвичай така обробка проводиться при 560-580 ⁰ С, тобто при температурі, яка трохи нижче мінімальної температури існування -фази в системі Fe - N. Тому в процесі обробки при такій температурі на сталі утворюється, по суті, азотований шар, а вуглець проникає на глибину лише декількох мікрон, де може утворюватися тонка карбонітрідним зона.

Властивості нітроцементованной і ціанірованной сталі.

Нітроцементованная і ціанірованная конструкційна сталь завдяки присутності азоту більш зносостійка, ніж цементованних.
Нітроцементація і ціанування істотно підвищують межа витривалості, причому нітроцементація більшою мірою, ніж ціанування, а в ряді випадків більшою мірою, ніж цементація.
При ціанування неможливо регулювати концентрацію азоту і вуглецю в шарі. Тому в ціанірованном шарі кількість залишкового аустеніту завжди більше, ніж у нітроцементованном.
У зв'язку з цим стискаючі напруги створюються в ціанірованном шарі лише на деякій відстані від поверхні, що призводить до зниження межі витривалості сталі. Цим і пояснюється менша довговічність ціанірованних деталей у порівнянні з нітроцементованнимі.
При ціанування необхідно виробляти наклеп деталей дробом, що створює на поверхні (внаслідок перетворення залишкового аустеніту в мартенсит) високі напруги стиснення. Втомні випробування зубів ціанірованних зубчастих коліс на згин з циклічної навантаженням показали, що наклеп дробом підвищує межу витривалості з 43 до 72 кг / мм ^2.
Випробування на стенді показали, що після наклепу дробом стійкість (до руйнування) ціанірованних зубчастих коліс збільшилася з 9 до 140 ч.
Сталь, піддана нітроцементації і яка має на поверхні тонкий нетравящійся карбонітрідним шар (що буває не завжди), кородує повільніше неціанірованной сталі. Наприклад, у 3%-му розчині кухонної солі стійкість такої сталі проти корозії в 2 рази вище, ніж неціанірованной. Корозійна стійкість нержавіючих сталей після нітроцементації і ціанування знижується.
Дифузійна металізація - це процес насичення поверхневого шару заготовок різними хімічними елементами при спільному їх нагріванні і витримці. Залежно від використовуваного елемента процеси металізації отримали назви: алітування, хромування і т. д.
Дифузійна металізація може виконуватися в твердих, рідких і газоподібних середовищах. Цей процес забезпечує підвищення твердості, корозійної стійкості, жаростійкості і зносостійкості поверхонь деталей.
Основним недоліком дифузійної металізації є мала глибина металізованого шару (0.2- 0.4 мм ) При відносно великої тривалості процесу.