6.3. Химико-термическая обработка

Химико-термической обработкой называют процесс поверхностного насыщения сплава различными элементами с целью придания ей тех или иных свойств. При ХТО происходит изменение состава и структуры поверхности за счет диффузии в нее элементов в атомарном состоянии извне при высоких температурах. Происходит упрочнение поверхности деталей, повышение твердости, износостойкости, усталостной прочности, стойкости против действия агрессивных сред. Состояние и свойства внутренних структур материала остаются в исходном состоянии.

ХТО характеризуется тремя одновременно протекающими процессами: диссоциации (распад молекул диффундирующего элемента до атомарного состояния), абсорбции (проникновение атомов в решетку поверхностных слоев), и диффузии (проникновение атомов насыщающегося элемента вглубь от поверхности).

В зависимости от насыщающего элемента к видам ХТО относят цементацию, азотирование, цианирование, алитирование, хромирование и другие.

Углерод и азот легко усваиваются поверхностью стали, сравнительно быстро диффундируют на значительную глубину, образуя с железом твердые растворы внедрения.

Цементация – процесс насыщения поверхности изделия углеродом, содержание его после цементации достигает до 0,8…1,0 процента. Карбюризатор—уголь, температура порядка 900^°С. Поверхность приобретает после закалки и отпуска твердость порядка HRC60 при сохранении мягкой сердцевины. Возможно коробление деталей.

Азотирование – процесс насыщения поверхности стали азотом. Поверхность приобретает после азотирования высокую твердость, износостойкость, усталостную прочность, устойчивость против коррозии. Азотированию подвергаются обычно легированные стали, так как образующиеся нитриды хрома, алюминия, железа и другие, и придают поверхности высокую твердость. Достоинство азотирования – незначительное изменение размеров и отсутствие коробления.

Цианирование – насыщение поверхности изделия одновременно углеродом и азотом. Азот способствует диффузии углерода, что позволяет снизить температуру диффузионного насыщения азотом и углеродом до 850^°С. После закалки и отпуска твердость поверхности HRC 58…62. Обрабатывают обычно среднеуглеродистые стали. Разновидностью цианирования является нитроцементация.

Силицирование – насыщение поверхности изделия кремнием. Повышается коррозионная стойкость, жаростойкость, износостойкость, кислотостойкость сталей и сплавов в агрессивных средах.

Алитирование – насыщение поверхностного слоя изделия алюминием. Повышается окалиностойкость, коррозионная и эрозионная стойкость сталей, медных сплавов.

Более подробно о ХТО в литературе [1,2,3,8]

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое ТО, ее цели, и за счет чего они достигаются?

2. Основные элементы режима ТО и их роль.

3. Все ли виды сплавов могут подвергаться упрочняющей ТО и почему?

4. Почему при увеличении скорости охлаждения аустенита возрастает твердость продуктов его распада? Назовите эти продукты.

5. Назовите основные виды ТО, их назначение, режимы, особенности механических свойств получающихся продуктов.

6. Чем отличается отпуск от старения? Зачем существует разные виды ТО, отпуска?

7. Какова связь между ТО и фазовыми превращениями в стали?

8. Что такое старение и для каких сплавов оно характерно?

9. Чем отличается ТО от ХТО?

10. Почему применяют на практике различные виды ХТО, и какие результаты при этом получают?