9.1. Общие сведения о химико-термической обработке

Химико-термической обработкой называют диффузионное насыщение поверхностных слоёв стали различными элементами. Совместное действие температуры и активной внешней среды позволяет изменить химический состав поверхностных слоёв металла.

Химико-термическую обработку применяют для повышения твёрдости, износостойкости, сопротивления усталости, а также для защиты от электрохимической и газовой коррозии.

Химико-термическая обработка обычно сочетается с термической обработкой и либо предшествует, либо следует за ней.

Основными преимуществами химико-термической обработки являются возможность сравнительно легко регулировать качество поверхностного слоя и создавать значительный градиент свойств от поверхности к сердцевине, а также получать упрочнённые слои весьма малой толщины.

Недостатком этого вида обработки является значительная длительность процесса, а, следовательно, и большая себестоимость упрочнения.

Химико-термическая обработка может производиться в твёрдых, жидких и газообразных средах, богатых теми элементами, которыми насыщаются поверхности стали.

Обязательным условием процесса является выделение необходимых элементов в атомарном виде, когда они приобретают достаточную химическую активность и способность диффундировать в поверхностные слои металла.

Процесс химико-термической обработки состоит из трёх элементарных стадий:

На первой стадии протекают химические реакции в исходной (окружающей) среде, в результате которых диффундирующие элементы выделяются в химически активном атомарном состоянии.

На второй стадии процесса эти атомы усваиваются насыщаемой поверхностью металла, т.е. происходит адсорбция диффундирующих элементов, в результате чего тончайший поверхностный слой насыщается диффундирующим элементом.

На третьей стадии имеет место диффузионное проникновение выделившихся атомов элемента в кристаллическую решётку стали, которое сопровождается образованием твёрдых растворов или химических соединений.

Первая и вторая стадии процесса химико-термической обработки протекает значительно быстрее третьей – диффузионной стадии, где формируется структура и свойства диффузионной зоны. Поэтому скорость химико-термической обработки определяет третья стадия.

Основными технологическими факторами, определяющими скорость диссоциации, толщину диффузионного слоя и концентрацию насыщающего элемента являются состав активной среды, температура и время выдержки. Контроль результатов химико-термической обработки производится обычно путём измерения твёрдости поверхностных слоёв, что может служить качественной характеристикой степени насыщения. Глубину диффузионного слоя можно определить визуально по виду излома специальных образцов (свидетелей), проходящих обработку совместно с деталями.

Наиболее распространёнными операциями химико-термической обработки стали являются цементация, азотирование, нитроцементация или цианирование и диффузионная металлизация.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008