5. Вплив основних видів хiмiко - термічної обробки сталi на структуру і хiмiко -механiчнi властивості поверхневого шару сталей

Хіміко - термічною називається така обробка, при якій відбувається зміна хімічного складу поверхневого шару за рахунок дифузії в сталь різних елементів із зовнішнього середовища при високих температурах.

Основні умови проведення хiмiко - термічної обробки:

1. Метал, що піддається насиченню (основний метал), має бути поміщений в середовище, в якому утворюються активні атоми дифундуючої речовини.

2. Атоми дифундуючої речовини повинні розчинятися в основному металі, тобто компоненти повинні утворювати тверді розчини.

3. Температура має бути досить висока, забезпечуючи рухливість атомів для необхідних дифузійних переміщень.

Будь-який процес хiмiко - термічної обробки складається з 3 елементарних процесів:

1) утворення в зовнішньому середовищі активних атомів дифундуючої речовини, наприклад розпаду (дисоціації) аміаку з виділенням активного азоту по реакції

2NH₃ → 2N_ат + ЗН₂

або дисоціації окису вуглецю з виділенням атомарного вуглецю

2СО → СО₂+С_ат.

Швидкість дисоціації залежить від газового середовища;

2) абсорбція, тобто поглинання поверхнею основного металу вільних

атомів дифундуючої речовини;

3. дифузії, тобто переміщення цих атомів всередину основного металу.

Швидкість дифузії залежить від температури. Оптимальними умовами хiмiко - термічної обробки є такі, коли швидкість дисоціації дорівнює швидкості дифузії.

Цементація – насичення сталi вуглецем. Кінцевою метою цементації є здобуття високої твердості і зносостійкості поверхневого шару при збереженні в'язкої і пластичної серцевини. Тому для цементації беруться вуглецеві і леговані сталi з невеликим вмістом вуглецю (0,1-0,2%).

Цементація ділиться на тверду, газову і рідку.

Азотування сталi – процес насичення поверхні виробу азотом. Процес азотування ведеться в атмосфері аміаку NH₃ при температурі 480 – 750°С.

Азотування в промисловості застосовується для наступних цілей: підвищення твердості і зносостійкості на поверхні, підвищення втомної міцності, підвищення корозійної стійкості у воді і повітряній атмосфері.

Ціанування сталi – одночасне насичення поверхні азотом і вуглецем. Процес ціанування можна виробляти в твердому, рідкому і газоподібному середовищах. Рідинне ціанування найбільш поширене в промисловості. Воно виробляється в суміші розплавлених ціаністих солей з нейтральними солями. Недоліком процесу є шкідливість ціаністих солей.

Процес ціанування в порівнянні з процесом цементації вимагає меншого часу для здобуття шару заданої товщини, характеризується значно меншими деформаціями і викривленням деталей складної форми і вищим опором зносу і корозії.

Борирування – насичення поверхневого шару сталі бором при нагріві у відповідному середовищі. Дифузійний шар складається з бориду FеB і Fe₂B. Борирований шар володіє високою твердістю, зносостійкістю, корозійною стійкістю, окалиностійкістю і теплостійкістю.

Силіціювання – насичення поверхні сталі. Силіціювання додає сталі високу корозійну стійкість в морській воді, в азотній, соляній і сірчаній кислотах і декілька збільшує стійкість проти зносу.

Силіційований шар є твердим розчином кремнію в α - залiзі. Під дифузійним шаром часто спостерігається шар перлиту. Це пояснюється відтисненням вуглецю з дифузійного шару внаслідок зниженої розчинності його в крем'янистому фериті.

Силіціюванню піддають деталі, використовувані в обладнаннi хімічної, паперової і нафтової промисловості (валики насосів, трубопроводи, гайки, болти тощо).