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
h ps://doi.o g/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.
Anno a ion. This a icle p esen s he esul s o s udies o he e ec o low- empe a u e
ni oca bu izing modes on he s uc u e and p ope ies o 4ХМФС s eel. The possibili ies o
ca ying ou he combined echnology wi h ni oca bu izing a e shown.
Key wo ds: ni oca bu izing, cyanida ion, aus eni e, ma ensi e, ha dness, empe ing.
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 1150-
1200⁰С. 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.
