Хіміко-термічна обробка сталі

План заняття:

1 Сутність і призначення хіміко-термічної обробки металів.

2 Процеси ,що відбуваються при хіміко-термічній обробці: дисоціація, адсорб­ція, дифузія.

3 Види хіміко-термічної обробки: цементація, азотуван­ня, ціанування та нітроцементація сталі, сутність та призначення.

4 Сталі, які використовують для різних видів хіміко-термічної оброб­ки.

5 Дифузійна металізація, насичення металами і неметалами (алюмінієм, хромом, кремнієм/.

6 Суть та призначення даних процесів

7 Техніка безпеки і протипожежна безпека при хіміко-термічній об­робці сталей та чавунів.

Хіміко-термічною обробкою (ХТО) називають процес змі­ни хімічного складу, мікроструктури та властивостей поверх­невого шару заготовки.

Для зміни хімічного складу заготовку нагрівають у сере­довищі, збагаченому дифузантом (елементом, який насичує), витримують протягом певного часу при заданій температурі, а потім охолоджують. Під час цього відбувається дифузійне збагачення поверхневого шару заготовок неметалами або металами з метою поверхневого зміцнення. ХТО складається із трьох елементарних процесів — дисоціації, адсорбції та дифузії.

Дисоціація — розпад молекул вихідної речовини з утворен­ням активних атомів дифузанту. Його може виділяти газоподіб­не, рідке або тверде середовище.

Адсорбція — захоплення поверхнею тіла активних атомів дифузанту. Притягання забезпечують атоми основного металу, що перебувають на поверхні заготовки й мають зовнішні вільні зв'язки. З підвищенням температури адсорбційна здатність ме­талу зростає. Розвиткові адсорбції сприяє здатність дифузанту утворювати з основним металом заготовки твердий розчин або хімічну сполуку.

Дифузія — переміщення адсорбованих поверхнею атомів ди­фузанту в глибину тіла. В результаті утворюється дифузійний шар, що відрізняється від основного металу хімічним складом, структурою та властивостями. Товщина дифузійного шару за­лежить від температури та тривалості процесу, виду утворюва­ного твердого розчину й концентрації дифузанту на поверхні заготовки. З підвищенням температури й часу витримки (як основних параметрів процесу) товщина дифузійного шару зрос­тає. З утворенням твердих розчинів проникнення (вуглець, азот), швидкість дифузії вища, ніж у випадку твердих розчинів замі­щення (алюміній, хром, кремній). Тому під час насичення ста­лі металами застосовують вищі температури й збільшують три­валість процесу. Зі збільшенням поверхневої концентрації ди­фузанту при незмінній температурі й тривалості процесу росте товщина дифузійного шару. Границі зерен, де завжди є дефекти кристалічної будови, полегшують дифузію, особливо тоді, коли дифузанти утворюють з атомами основного металу обмежені тверді розчини.

ХТО змінює хімічний склад і структуру поверхневого шару, тоді як поверхневе гартування — лише структуру. Тому різни­ця у властивостях поверхні й осердя в деталях після хіміко-термічної обробки більша, ніж у поверхнево загартованих дета­лях. Результати ХТО не залежать від форми деталей, чого не можна сказати про результати гартування СВЧ. Проте поверх­неве гартування продуктивніше.

До найпоширеніших способів ХТО належать цементація, азотування, ціанування, нітроцементація, алітування, силіцію­вання та інші.