Химико - термическая обработка стали

Химико-термическая обработка стали.

Химико-термическая обработка (ХТО) – процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностного слоя детали.Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой (твердой, жидкой, газообразной, плазменной), в которой осуществляется нагрев.В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и микроструктура,Основными параметрами химико-термической обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки.В основе любой разновидности химико-термической обработки лежат процессы диссоциации, адсорбции, диффузии.Диссоциация – получение насыщающего элемента в активированном атомарном состоянии в результате химических реакций, а также испарения.Адсорбция – захват поверхностью детали атомов насыщающего элемента.Адсорбция – всегда экзотермический процесс, приводящий к уменьшению свободной энергии.Диффузия – перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия.Для осуществления процессов адсорбции и диффузии необходимо, чтобы насыщающий элемент взаимодействовал с основным металлом, образуя твердые растворы или химические соединения.Химико-термическая обработка является основным способом поверхностного упрочнения деталей.Основными разновидностями химико-термической обработки являются:цементация (насыщение поверхностного слоя углеродом);азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом);нитроцементация или цианирование (насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);диффузионная металлизация (насыщение поверхностного слоя различными металлами).Цементация – химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве до температуры 900…950 oС.Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (до 0,25 %).Нагрев изделий осуществляют в среде, легко отдающей углерод. Подобрав режимы обработки, поверхностный слой насыщают углеродом до требуемой глубины.Глубина цементации (h) – расстояние от поверхности изделия до середины зоны, где в структуре имеются одинаковые объемы феррита и перлита ( h. = 1…2 мм).Степень цементации – среднее содержание углерода в поверхностном слое (обычно, не более 1,2 %).Более высокое содержание углерода приводит к образованию значительных количеств цементита вторичного, сообщающего слою повышенную хрупкость.На практике применяют цементацию в твердом и газовом карбюризаторе (науглероживающей среде).Участки деталей, которые не подвергаются цементации, предварительно покрываются медью (электролитическим способом) или глиняной смесью.Процесс осуществляется в печах с герметической камерой, наполненной газовым карбюризатором.Атмосфера углеродосодержащих газов включает азот, водород, водяные пары, которые образуют газ-носитель, а также окись углерода, метан и другие углеводороды, которые являются активными газами.Глубина цементации определяется температурой нагрева и временем выдержки.Преимущества способа:возможность получения заданной концентрации углерода в слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя соотношение составляющих атмосферу газов);сокращение длительности процесса за счет упрощения последующей термической обработки;возможность полной механизации и автоматизации процесса.Способ применяется в серийном и массовом производства Азотирование – химико-термическая обработка, при которой поверхностные слои насыщаются азотом.Впервые азотирование осуществил Чижевский И.П., промышленное применение – в двадцатые годы.При азотировании увеличиваются не только твердость и износостойкость, но также повышается коррозионная стойкость.При азотировании изделия загружают в герметичные печи, куда поступает аммиак NH3 c определенной скоростью. При нагреве аммиак диссоциирует по реакции: 2NH3>2N+3H2. Атомарный азот поглощается поверхностью и диффундирует вглубь изделия.Фазы, получающиеся в азотированном слое углеродистых сталей, не обеспечивают высокой твердость, и образующийся слой хрупкий.Для азотирования используют стали, содержащие алюминий, молибден, хром, титан. Нитриды этих элементов дисперсны и обладают высокой твердостью и термической устойчивостью.Типовые азотируемые стали: 38ХМЮА, 35ХМЮА, 30ХТ2Н3Ю.Глубина и поверхностная твердость азотированного слоя зависят от ряда факторов, из которых основные: температура азотирования, продолжительность азотирования и состав азотируемой стали.В зависимости от условий работы деталей различают азотирование:для повышения поверхностной твердости и износостойкости;для улучшения коррозионной стойкости (антикоррозионное азотирование).