Термохимическая обработка

Назначение и виды химико-термической обработки

Химико-термической обработкой называ­ется процесс поверхностного насыщения стали различ­ными элементами путем их диффузии из внешней среды при высокой температуре. Цель химико-термической обработки — поверхностное упрочнение металлов и спла­вов и повышение их стойкости против воздействия внеш­них агрессивных сред при нормальной и повышенных температурах.

Процессы химико-термической обработки состоят из трех стадий:

- диссоциации, которая заключается в распаде моле­кул и образовании активных атомов диффундирующего элемента;

- адсорбции, т. е. контактирования атомов диффунди­рующего элемента с поверхностью стального изделия и образования химических связей с атомами металла;

- диффузии, т. е. проникновения насыщающего элемен­та в глубь металла.

Скорость диффузии (коэффициент диффузии) при проникновении диффундирующих атомов в решетку раст­ворителя будет выше, если при взаимодействии образу­ются твердые растворы внедрения, и значительно ниже, если образуются твердые растворы замещения.

Концентрация диффундирующего элемента на по­верхности зависит от притока атомов этого элемента к поверхности и от скорости диффузионных процессов, т. е. отвода этих атомов в глубь металла. Чем выше концентрация диффундирующего элемента на поверхности детали, тем больше толщина слоя. Чем выше температура процесса, тем больше ско­рость диффузии атомов, а, следовательно, возрастает тол­щина диффузионного слоя.

Границы зерен являются участками, где диффузион­ные процессы облегчаются из-за наличия большого числа дефектов кристаллического строения. Если раствори­мость диффундирующего элемента в металле мала, то часто наблюдается преимущественная диффузия по гра­ницам зерен. При значительной растворимости диффун­дирующего элемента в металле роль пограничных слоев уменьшается. В момент фазовых превращений диффузия протекает быстрее.

- толщина диффузионного слоя

 

- время ТХО

 

- энергия активации диффузии

 

 

Различают следующие виды химико-термической об­работки: цементацию, азотирование, цианирование (нитроцементацию) и т. д.

 

Цементация

Цементацией называется процесс насыщения по­верхностного слоя стальных изделий углеродом. Цемен­тация осуществляется с целью получения высокой твер­дости на поверхности изделия при сохранении вязкой сердцевины, она способствует повышению износостойко­сти и предела выносливости.

Цементации подвергают детали из низкоуглеродистых сталей (содержание углерода до 0,25%), работающие в условиях контактного износа и знакопеременных нагру­зок (втулки, поршневые пальцы, кулачки, колонки и т. д.).

Для цементации детали поступают после механиче­ской обработки с припуском на шлифование 0,05— 0,10 мм. Участки, не подлежащие цементации, защищают тонким слоем меди (0,02—0,04 мм), наносимым электро­литическим способом, или специальными обмазками, со­стоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле, и др.

Цементация осуществляется при температурах 900—950°С. Чем меньше углерода в стали, тем выше температура нагрева для цементация. При этих температурах атомарный углерод адсорбируется на по­верхности стали и диффундирует в глубь металла. В ре­зультате цементации содержание углерода в поверхност­ном слое составляет 0,8—1,0%. Более высокая концент­рация углерода способствует охрупчиванию цементован­ного слоя.

Цементованный слой имеет переменную концентра­цию углерода по толщине, которая уменьшает­ся от поверхности к сердцевине. В связи с этим после медленного охлаждения в структуре цементованного слоя можно различить три зоны: заэвтектоидную, состоя­щую из перлита и цементита вторичного; эвтектоидную, состоящую из перлита; доэвтектоидную, состоящую из перлита и феррита.

За толщину цементованного слоя обычно принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зон. Обычно толщина слоя для большинства стаей составляет 0,8—1,4 мм.

Различают два вида цементации: твердую и газовую. Среда, в которой проводят цементацию, называется карбюризатором.