Химико-термическая обработка стали

Химико-термическая обработка (ХТО) – это технологический процесс насыщения поверхностного слоя изделия каким-либо элементом путём диффузии его из внешней среды.

Механизм насыщения металла представляет собой: а) адсорбцию атомов, подводимых к изделию; б) растворение адсорбированных атомов в металле; в) диффузию растворённого вещества в глубь изделия.

ХТО проводят при высоких температурах, когда скорость диффузии высока. В результате происходит поверхностное упрочнение металла, повышение коррозионной стойкости.

К наиболее распространённым методам ХТО относятся: цементация, азотирование, цианирование, нитроцементация, диффузионная металлизация.

Цементация

Это насыщение поверхностного слоя стали углеродом.

Различают цементацию твёрдыми углеродсодержащими смесями (карбюризаторами) и газовую.

Цементацию твёрдым карбюризатором проводят при 900-950˚С в металлическом ящике, наполненном карбюризатором (древесным углем с добавлением BaCO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃). Ящик закрывают крышкой и обмазывают глиной для герметизации. Время процесса 8-14 часов.

ВаСО₃ = ВаО + СО₂

СО₂ + С → 2СО → С + СО₂

уголь атомарный

углерод

Газовая цементация осуществляется в закрытых камерных печах, заполненных газовой смесью (СО, СН₄, С₃Н₈ и др.), при 930-950˚С в течение 6-12 часов. Процесс идёт быстрее. Механизм такой же:

2СО → СО₂ + С (атомарный)

СН₄ → 4Н + С (атомарный)

Цементированные изделия приобретают окончательные свойства после ТО: закалки и низкого отпуска.

Цементируют истирающиеся детали машин, от которых ещё требуется высокий предел выносливости при изгибе и кручении: зубчатые колёса, распределительные валы двигателей внутреннего сгорания.

Азотирование

Это процесс насыщения поверхности изделия азотом.

NH₃ D N + 3H

(атомарный)

Наибольший эффект получают при образовании на поверхности специальных термически стойких и твёрдых карбонитридов Fe(CN) и нитридов MoN, CrN, AlN, позволяющих одновременно повысить коррозионную стойкость, твёрдость и износостойкость стали при комнатной и повышенных температурах.

Цианирование и нитроцементация стали

Процесс одновременного диффузионного насыщения поверхности стали углеродом и азотом в расплаве солей цианистоводородной кислоты (NaCN, KCN) называется цианированием, а в газовой среде (СО, СН₄, NH₃) – нитроцементацией.

В результате обработки увеличиваются твёрдость и износостойкость поверхности изделия при сохранении вязкой сердцевины. Обычно нитроцементации подвергают детали сложной конфигурации, склонные к короблению.