Химико-термическая обработка (ХТО) металлов

Нитроцементация или цианирование стали — процессы химико-термической обработки, заключающиеся в высокотемпературном насыщении поверхности изделия азотом и углеродом. Это один из наиболее эффективных и универсальных процессов химико-термической обработки.

В подавляющем большинстве случаев химико-термическую обработку проводят с целью обогащения поверхностных слоев изделий определенными элементами. При реализации любого процесса ХТО изделия выдерживают определенное время при температуре насыщения в окружении насыщающей среды. Насыщающие среды могут быть твердыми, жидкими или газообразными.

Виды термической обработки стали

При любом процессе ХТО в реакционной системе протекают определенные процессы и реакции. Диффузионные слои могут также образовывать элементы, имеющие при температуре процесса малую растворимость в насыщаемом металле, но образующие с ним химические соединения. Человек использует термическую обработку металлов с древнейших времён.

Цементацию железа в древесном угле или органическом веществе, закалку и отпуск стали широко применяли в средние века в производстве ножей, мечей, напильников и др. инструментов. Несмотря на то что металлурги знали рецепты выплавки и литья стали, орудийные стволы очень часто разрывались без видимых причин.

К комбинированным видам термической обработки относится термомагнитная обработка, позволяющая в результате охлаждения изделий в магнитном поле улучшать их некоторые магнитные свойства. Под термической обработкой понимают изменение структуры, а следовательно, и свойств стали при нагреве до заданной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении с заданной скоростью.

Антикоррозионная обработка изделий после термической обработки

Термической обработкой называют процессы теплового воздействия на сплавы (нагрев и охлаждение) с целью изменения их структуры и свойств. Это один из самых распространённых в технике и самых эффективных способов изменения структуры и свойств сталей и сплавов, обусловленных протеканием различных фазовых превращений.

Термомеханическая обработка (ТМО) стали

Поэтому для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении используют дополнительные индексы: буквы «с» в случае нагрева и «r» в случае охлаждения.

Основным способом, позволяющим изменять структуру, а, следовательно, и свойства является термическая обработка. Проводят отжиг второго рода с целью получения более равновесной структуры и подготовки ее к дальнейшей обработке.

Борирование стали

Химико-термическая обработка является одним из наиболее распространенных видов обработки материалов с целью придания им эксплуатационных свойств. Наиболее широко используются методы насыщения поверхностного слоя стали углеродом и азотом как порознь, так и совместно.

Различают физическую (обратимую) адсорбцию и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При хемосорбции происходит взаимодействие между атомами адсорбата и адсорбента, которое по своему характеру и силе близко к химическому. 3. Диффузия — перемещение адсорбированных атомов в решетке обрабатываемого металла. Под цементацией принято понимать процесс высокотемпературного насыщения поверхностного слоя стали углеродом.

Цементация в жидкофазном карбюризаторе применяется для мелких деталей. К недостаткам этого процесса относятся неравномерность глубины цементованного слоя и необходимость частых регенераций углероднасыщенного расплава.

В последнее время получил распространение процесс вакуумной цементации. Процесс нитроцементации обычно ведут при температурах 820–860 °С в средах эндогазов и эндоэкзогазов с добавками природного газа (метана) и аммиака.

Азотирование стали

Для получения слоя толщиной около 0,2 мм при температуре нитроцементации 800–820 °С в атмосферу печи добавляют 6–15 % аммиака и около 5 % метана. Основное назначение процесса нитроцементации — повышение твердости, контактной выносливости, износостойкости и предела выносливости изделий.

Нитроцементация (цианирование) стали

Полученные в результате реакций (2) атомарный азот и (3) атомарный углерод диффундируют в железо. Следует иметь в виду, что активность ванн в процессе цианирования изделий постепенно снижается. Отсюда следует необходимость строительства изолированных помещений, установка в них систем вентиляции и очистки воздуха.

Для устранения такого дефекта необходимо провести гомогенизацию и понизить температуру закалки изделия. В случае азотирования изделий мягкая поверхность или мягкие пятна на поверхности могут вызываться азотированием необезжиренных деталей. Такой слой должен быть удален с помощью механической обработки.

Борированию могут подвергаться стали перлитного, ферритного и аустенитного классов. По ширине такая зона оказывается значительно шире боридной и ее размеры определяются наличием или отсутствием в стали карбидообразующих элементов. Совместное насыщение поверхности детали рядом элементов может проводиться как одновременно, так и последовательно.

Так как углерод практически нерастворим в алитированном слое, то он оттесняется вглубь от поверхности детали, образуя под насыщенным алюминием слоем зону, обогащенную углеродом. Диффузионное насыщение поверхности стали хромом, также уменьшает скорость ползучести материала повышает его сопротивление термическим ударам. Хромирование также повышает предел выносливости стали при комнатных и повышенных температурах, что связано с возникновением в слое сжимающих напряжений.

Структура хромированного слоя напрямую зависит от содержания в стали углерода. В табл. 7 приведены основные составы сред и режимов хромирования. Наиболее широко применяется метод диффузионного хромирования в порошках, содержащих хром или феррохром и активные добавки в виде галогенидов аммония (контактный метод).

Борирование — процесс химико-термической обработки, состоящий в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при высокотемпературной выдержке в соответствующих насыщающих средах. Термическую обработку применяют для изменения механических свойств и структуры металлов и сплавов. Борирование применяют для повышения износостойкости поверхностного слоя стального изделия, в частности, при повышенных температурах, повышения его твердости и износостойкости.