Химико-термическая обработка.

ХТО включает следующие процессы

2.1. Цементация.

2.2. Азотирование.

2.3. Цианирование.

2.4. Борирование.

Химико-термической обработкой (ХТО) называется процесс, сочетающий поверхностное насыщение стали различными химическими элементами при высокой температуре и прямое термическое воздействие, в результате которых происходит изменение химического состава, микроструктуры и свойств поверхностных слоёв деталей.

Цель ХТО:

1.повысить твердость и износостойкость поверхности изделия, оставив мягкой и вязкой сердцевину.

2.улучшить усталостную прочность изделий, повысить предел выносливости.

3.повысить коррозионную стойкость изделия.

2.1. Цементация

Цементация – это диффузионное насыщение поверхности стальных изделий атомами углерода при нагреве их до аустенитного состояния (900-950°С).

Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода 0,1-0,2%. После насыщения на поверхности концентрация углерода достигает»1%. Глубина цементованного слоя обычно лежит в пределах 0,5-2,5 мм. Для достижения высокой твердости поверхности и вязкой сердцевины после цементации проводят закалку с низким отпуском.

На цементацию поступают детали с предварительной механической обработкой с припуском под окончательную (шлифование) ≈ 0,05 -0,1 мм.

Различают 2 основных вида цементации: в твердой и газовой среде. Среда, поставляющая углерод в активном атомарном состоянии к поверхности детали, подвергаемой цементации, называется карбюризатором.

Твердая цементация проводится в специальных стальных ящиках, в которых детали попеременно укладывают с твердым карбюризатором. В качестве карбюризатора используется дубовый или березовый древесный уголь и активизаторы BaCO₃ или Na₂CO₃.

Процесс цементации в твердом карбюризаторе проводят при температуре выше Ac₃ (до 950 ⁰С), когда сталь находится в аустенитном состоянии, в котором растворимость углерода выше. В течение 8-12 часов образуется слой, толщиной около 1мм. Используется в единичном производстве.

При газовой цементации стальные детали нагревают в газовых смесях, содержащих СО, СН₄ и др. Газовая цементация проходит быстрее, т.к. не требуется времени на прогрев ящика и карбюризатора. Слой толщиной 1 мм образуется за 6-7 часов. Применяется в массовом производстве.

Если на поверхность металла нанести краску или слой глины, то цементация проводиться не будет. Т.о. можно избирательно подвергать поверхности процессу насыщения.

После цементации характерно неравномерное распределение углерода по сечению изделий. Полученный в результате цементации наружный слой содержит более 0,8% углерода он имеет структуру заэвтектоидных сталей – перлит + цементит II. Глубже лежит слой эвтектоидного состава с перлитной структурой, а далее слой с ферритно-перлитной структурой.

После цементации проводится термическая обработка. Целью термообработки является упрочнение поверхности с одновременным измельчением зерна и получении вязкой сердцевины.

При повышенных требованиях к структуре и свойствам проводят цементацию, затем изделие охлаждают на воздухе, производят закалку от t=850-900°С в зависимости от марки стали, а далее производит низкий отпуск.

Нагрев под закалку ведется до аустенитного состояния. Это требуется для того, чтобы зерно стали измельчилось и удалилось цементитная сетка, которая образовалась после цементации.

 

 

2. Азотирование.

Азотирование – это процесс поверхностного насыщения стальных изделий азотом.

Азотирование обычно проводят» 60 час при температуре 500-600°С. В качестве азотосодержащей среды используется газ – аммиак. Этот процесс проводится в специальных герметически закрываемых сосудах – ретортах.

Перед азотированием изделие проходит термическую обработку – улучшение (закалка + высокий отпуск). Структура стали перед азотированием сорбит отпуска. На поверхности изделия создаётся слой нитридов, который и создаёт высокую твердость.

Нитриды металлов имеют тетрогональную решетку, а переход от кубической к тетрогональной ведет к увеличению объема.

Толщина азотируемого слоя d £ 0,3 - 0,6мм. Т.к. азотированный слой очень маленький, то детали поступают после проведения всей механической обработки.

Азотирование применяется для повышения:

1) твердости на поверхности изделия НV ≈ 1000 ед.

2) усталостной прочности

3) коррозионной стойкости

Этому процессу подвергают измерительный инструмент, поверхности прессформ, штампов.

Износостойкость азотируемой стали выше, чем цементованный и закаленной.

Для азотирования используется среднеуглеродистые легированные стали, содержащие нитридообразующие элементы Cr и Al (38ХМЮА, 30Х13). Такие стали называют нитрололами.