5. Вплив основних видів хiмiко - термічної обробки сталi на структуру і хiмiко -механiчнi властивості поверхневого шару сталей

Хіміко-термічною обробкою (ХТО) називається така обробка, при якій відбувається зміна хімічного складу поверхневого шару за рахунок дифузії в сталі різних елементів із зовнішнього середовища при високих температурах.

Основні умови проведення ХТО:

1. Метал, що піддається насиченню (основний метал), має бути поміщений в середовище, в якому утворюються активні атоми дифундуючої речовини.

2. Атоми дифундуючої речовини повинні розчинятися в основному металі, тобто компоненти повинні утворювати тверді розчини.

3. Температура має бути досить висока, забезпечуючи рухливість атомів для необхідних дифузійних переміщень.

Будь-який процес ХТО складається з 3 елементарних процесів:

1) утворення в зовнішньому середовищі активних атомів дифундуючої речовини, наприклад розпаду (дисоціації) аміаку з виділенням активного азоту по реакції

2NH₃ → 2N_ат + ЗН₂

або дисоціації окису вуглецю з виділенням атомарного вуглецю

2СО → СО₂+С_ат.

Швидкість дисоціації залежить від газового середовища;

2) абсорбція, тобто поглинання поверхнею основного металу вільних

атомів дифундуючої речовини;

3. дифузії, тобто переміщення цих атомів всередину основного металу.

Швидкість дифузії залежить від температури. Оптимальними умовами ХТО є такі, коли швидкість дисоціації дорівнює швидкості дифузії.

Цементація – це технологічний процес дифузійного насичення поверхневого шару стальних деталей вуглецем. Кінцевою метою цементації є здобуття високої твердості і зносостійкості поверхневого шару при збереженні в'язкої і пластичної серцевини. Тому для цементації беруться вуглецеві і леговані сталi з невеликим вмістом вуглецю (0,1-0,2%).

Цементація ділиться на тверду, газову і рідку.

Азотуванням називають процес дифузійного насичення поверхневого шару сталі азотом. Процес азотування ведеться в атмосфері аміаку NH₃ при температурі 480 – 750°С.

Азотування в промисловості застосовується для наступних цілей: підвищення твердості і зносостійкості на поверхні, підвищення втомної міцності, підвищення корозійної стійкості у воді і повітряній атмосфері.

Ціануванням називають процес дифузійного насичення поверхневого шару стальних деталей одночасно вуглецем і азотом. Процес ціанування можна виробляти в твердому, рідкому і газоподібному середовищах.

Процес ціанування в порівнянні з процесом цементації вимагає меншого часу для здобуття шару заданої товщини, характеризується значно меншими деформаціями і викривленням деталей складної форми і вищим опором зносу і корозії. Але цей процес має недоліки - високу вартість і отруйність ціанистих солей.

Нітроцементація – це процес дифузійного насичення поверхневого шару стальних деталей одночасно вуглецем і азотом із газоподібного середовища, яке складається з навуглецьовувального газу (80...90 %) і аміаку (20...10 %). Процес проводять при 840...860 ⁰С протягом 4...10 год. Основне призначення нітроцементації – підвищення твердості, зносостійкості та границі витривалості стальних виробів.

Алітування – це процес насичення поверхні сталі алюмінієм. Проводять алітування з метою отримання високої окалиностійкості (до 850...900 ⁰С), що забезпечується утворенням на поверхні алітованих виробів щільної плівки оксиду Al₂O₃, яка запобігає окисленню металу. Алітований шар має також гарну корозійну стійкість в атмосфері і морській воді.

Хромування – це процес насичення поверхневого шару стальних виробів хромом. Хромовані вироби набувають високу окалиностійкість (до 800 ⁰С), корозійну стійкість у воді, морській воді та азотній кислоті, а сталі з вмістом понад 0,3...0,4 % С – також твердість та зносостійкість.

Борування – насичення поверхневого шару сталі бором при нагріві у відповідному середовищі. Борирований шар володіє високою твердістю, зносостійкістю, корозійною стійкістю, окалиностійкістю і теплостійкістю.

Силіціювання – насичення поверхневого шару сталі кремнієм. Силіціювання додає сталі високу корозійну стійкість в морській воді, в азотній, соляній і сірчаній кислотах і декілька збільшує стійкість проти зносу.

Силіціюванню піддають деталі, використовувані в обладнаннi хімічної, паперової і нафтової промисловості (валики насосів, трубопроводи, гайки, болти тощо).