ХТО называется термическая обработка, заключающаяся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали.

При ХТО происходит поверхностное насыщение стали элементами (С,N, Al, Cr, SI и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды (твердой, газовой, жидкой) при высокой температуре.

При ХТО получается большая разность между составом и свойствами поверхностного слоя и сердцевины

 

ХТО включает три последовательные стадии (элементарные процессы):

ДИССОЦИАЦИЯ – распад молекул и образовании активных насыщающих элементов

2СО = СО2+ С

2NH3 = 3 H2 + 2 N

Степень распада молекул газа в % называется степенью диссоциации

* АБСОРБЦИЯ – захват поверхностью металла свободных атомов насыщающегося

элемента. Происходит на гране газ – металл. Развитию процесса абсорбции способствует возможность диффундирующего элемента образовывать с основным металлом твердые растворы или химические соединения.

* ДИФФУЗИЯ – проникновение насыщающего элемента вглубь металла.

Процесс диффузии возможен только при наличии растворимости диффундирующего элемента в основном металле и высокой температуре.

Количественно процесс диффузии характеризуется так называемым коэффициентом диффузии Д, зависит от температуры, чем выше температура, тем больше и полнее идет процесс диффузии

Продолжительность ХТО определяется требуемой глубиной диффузионного слоя

Рассмотрим основные виды ХТО

 

ЦЕМЕНТАЦИЯ

Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом.

Цель цементации – получение твердой и износостойкой поверхности при сохранении вязкой пластичной сердцевины.

Цементации подвергаются стали, содержащие углерода 0,12-0,23 %

 

Цементацию проводят при температурах выше критической Ас3, т.е.920-950 градусов, при которой сталь находится в аустенитном состоянии, растворяющим углерод в больших количествах.

 

Толщина цементованного слоя от 0,5 до 3 мм

 

Время выдержки зависит от требуемой толщины цементованного слоя и составляет от 6 до 24 часов.

 

 

В зависимости от вида карбюризатора (вещества, содержащего углерод) различают следующие основные виды цементации:

Твердая

Газовая

Жидкостная

 

ЦЕМЕНТАЦИЯ В ТВЕРДОМ КАРБЮРИЗАТОРЕ

Насыщающая среда – древесный уголь (дубовый или березовый) или торфяной кокс + активизаторы: углекислые барий ВаСО3, кальцинированная сода в количестве 10-40% от массы угля.

Изделия укладывают в специальные железные ящики. На дно которых насыпают карбюризатор, сверху деталей снова – карбюризатор, ящик закрывается крышкой, имеющей отверстие для выхода газов, обмазывают огнеупорной глиной и помещают в печь, нагретую до температуры 920 – 950 ^оС. Продолжительность выдержки от 5 лр 15 часов в зависимости от размеров ящика.

После цементации ящики охлаждают на воздухе до 400-500^оС далее ящики раскрывают.

 

ГАЗОВАЯ ЦЕМЕНТАЦИЯ

Это процесс насыщения углеродом в среде углеродосодержащих газов.

 

Чаще всего – это природный газ, состоящий почти целиком из метана - СН4 и пропан бутановых смесей

 

Температура цементации – 910-930^оС

 

Время выдержки – 6-12 часов

Толщина слоя – до 1.5 мм

Газовую цементацию проводят в различных печах (шахных, муфельных и др.) через которые пропускают газ.

Газовая цементация применима для условий массового производства деталей.

 

Преимущества ее:

* возможность получения заданной концентрации в слое

* сокращение длительности процесса

* возможность обеспечения полной автоматизации производства

* упрощение последующей термообработки, которая осуществляется сразу из цементационной печи

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОСЛЕ ЦЕМЕНТАЦИИ

Окончательные свойства цементованных изделий достигаются после термической обработки, выполненной после цементации.

* Нормализация – для уменьшения величины зерна, неизбежно вырастающего в результате нагрева до 950^оС., устранения карбидной сетки цементованного слоя

* Закалка – для увеличения твердости поверхностного слоя, 58-62НRCэ, структура – мелкодисперсный мартенсит

* Низкий отпуск – снимает внутренние закалочные напряжения и оставляет высокую твердость мартенсита.

 

АЗОТИРОВАНИЕ

Азотированием называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в атмосфере аммиака.

 

Цель азотирования – повышение твердости поверхностного слоя

* износостойкости

* предела выносливости

* сопротивления коррозии (в таких средах как вода, пар и др.)

 

Твердость азотированного слоя выше, чем цементованного и сохраняется при нагреве до 600-650оС, тогда как мартенсит сохраняет свою твердость только до температуры 200-250^оС

 

Азотированию подвергают шестерни, цилиндры, пресс-формы, коленчатые валы, штампы.

 

В сплавах железа с азотом образуется ряд твердых растворов (азота в альфа-железе, твердые растворы на основе нитридов железа.

Азотирование проводят в атмосфере аммиака.

 

Азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные стали, которые после азотирования получают высокую твердость и износостойкость. Кроме нитридов железа, твердость которых невелика, наиболее сильно повышают твердость вольфрам, хром, молибден, ванадий.

 

Классическая сталь для азотирования – 38Х2МЮА

 

Азотирование углеродистых сталей повышает их коррозионную стойкость.

* Температура азотирования – 520-600^оС

* Толщина азотированного слоя - до 0,6 мм

* продолжительность процесса зависит от требуемой толщины азотированного слоя.

 

ЦИАНИРОВАНИЕ