Общая характеристика химико-термической обработки стали

• Химико-термическая обработка (ХТО) – поверхностное насыщение стали неметаллами и металлами (например, углеродом, азотом, алюминием, хромом и др.) путем их диффузии в атомарном состоянии из внешней среды при высокой температуре. В ходе данных процессов обязательно изменяется химический состав, микроструктура и свойства поверхностных слоев изделий. При ХТО обрабатываемые детали нагревают в каких-либо химически активных средах.

• Основные параметры обработки – температура нагрева и продолжительность выдержки. ХТО обычно осуществляется за длительное время. Температуру процесса выбирают конкретно для каждого вида обработки.

• Первостепенными процессами любого вида ХТО являются диссоциация, абсорбция и диффузия.

• Диссоциация - разложение химического соединения для получения неметаллов в более активном, атомарном состоянии. Абсорбция – поглощение поверхностью детали атомов указанных неметаллов. Диффузия - перемещение абсорбированного элемента в глубь изделия. Скорости всех трех процессов обязательно должны согласовываться друг с другом. Для абсорбции и диффузии необходимо, чтобы насыщающий элемент взаимодействовал с основным металлом с образованием либо твердого раствора, либо химического соединения, так как при отсутствии этого химико-термическая обработка невозможна.

• ХТО это стержневой способ поверхностного упрочнения деталей.

• Основные виды химико-термической обработки:

• Цементация

• Азотирование

• Нитроцементация

• Цианирование

• Диффузионная металлизация.

• Скорость диффузии атомов в решетку железа неодинакова и зависит от состава и строения образующих фаз. При насыщении углеродом или азотом, составляющими с железом твердые растворы внедрения, диффузия протекает быстрее, чем в аналогичном процессе металлами, образующими твердые растворы замещения. Поэтому в данном случае используют более высокие температуры и длительное время обработки, но несмотря на это, получают меньшую толщину слоя, чем при азотировании и особенно науглероживании.

• Насыщение неметаллами позволяет получать наибольшую толщину диффузионного слоя х, рост которой в зависимости от продолжительности процесса t при данной температуре обычно выражается параболой (рис. 1). С течением времени скорость увеличения размеров слоя непрерывно уменьшается. Чем выше температура и концентрация диффундирующего элемента на поверхности металла, тем она больше за данный отрезок времени.

• При определении толщины диффузионного слоя, полученного при насыщении (стали) тем или иным элементом, обычно указывается не полная его величина с измененным составом, а только глубина до определенной твердости или структуры (эффективная толщина).

Рис. 1. Схема зависимости толщины диффузионного слоя х от продолжительности насыщения (а) и температуры (б) в процессе перемещения элементов, образующих твердые растворы: 1 - замещения (Сг, Аl, Si и др.); 2 - внедрения (С, N и др.)