Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении

Химико-термическая обработка сплавов

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.

Например,

Адсорбция – захват поверхностью детали атомов насыщающего элемента, это всегда экзотермический процесс, приводящий к уменьшению свободной энергии.

Диффузия – перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия.

Химико-термическая обработка является основным способом поверхностного упрочнения деталей.

Основными разновидностями химико-термической обработки являются:

Ø цементация (насыщение поверхностного слоя углеродом);

Ø азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом);

Ø нитроцементация или цианирование (насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);

Ø диффузионная металлизация (насыщение поверхностного слоя различными металлами).

Любая разновидность термической обработки состоит из комбинации четырех основных превращений, в основе которых лежат стремления системы к минимуму свободной энергии.

Зависимость свободной энергии структурных составляющих сталей от температуры: аустенита (F_A), мартенсита (F_M), перлита (F_П)

1. Превращение перлита (эвтектоид феррита и цементита) в аустенит, происходит при нагреве выше критической температуры А₁, минимальной свободной энергией обладает аустенит.

2. Превращение аустенита в перлит, происходит при охлаждении ниже А₁, минимальной свободной энергией обладает перлит.

3. Превращение аустенита в мартенсит происходит при быстром охлаждении ниже температуры нестабильного равновесия

4. Превращение мартенсита в перлит происходит при любых температурах, т.к. свободная энергия мартенсита больше, чем свободная энергия перлита.

6.6 Способы обработки металлов: литейное производство, сварка, обработка давлением, резанием