56. Химико-термическая обработка

Химико-термическая обработка — процесс хи-

мического и термического воздействия на поверх-

ностный слой стали с целью изменения состава,

структуры и свойств.

Химико-термическая обработка широко применя-

ется в машиностроении, так как является одним из

наиболее эффективных методов упрочнения сталь-

ных деталей для повышения их долговечности.

Недостатком процессов химико-термической

обработки является их малая производительность.

Химико-термическая обработка основана на диф-

фузии атомов различных химических элементов в

кристаллическую решетку железа при нагреве в сре-

де, содержащей эти элементы. Химико-термическая

обработка состоит из следующих процессов:

1) диссоциации — получения насыщающего эле-

мента в активном атомарном состоянии: 2NH3 ↔2N +

3H2; CH4 ↔C + 2H2 и т.д.; 2) абсорбции — поглоще-

ния активных атомов насыщающего элемента повер-

хностью металла; 3) диффузии — перемещения ато-

мов насыщающего элемента с поверхности в глубь

металла.

Наиболее распространенными видами химико-

термической обработки являются цементация, бо-

рирование, алитирование и др. Цементация — про-

цесс химико-термической обработки, заключающий-

ся в диффузионном насыщении поверхностного слоя

углеродом при нагреве в соответствующей среде.

Борирование — процесс химико-термической обра-

ботки, заключающийся в насыщении поверхностного

слоя бором при нагревании в борсодержащей среде

(буре, треххлористом боре и др.). Диффузионная

металлизация — процесс химико-термической об-

работки, при котором происходит насыщение повер-

хностного слоя стали различными металлами (алю-

минием, хромом, цинком и др.) и их комплексами.

57. Азотирование

Азотирование — процесс химико-термической об-

работки, заключающийся в насыщении поверхност-

ного слоя азотом для придания этому слою высокой

твердости, износостойкости или устойчивости про-

тив коррозии.

Механические свойства деталей перед азотиро-

ванием улучшают, подвергая их закалке и высокому

отпуску. Толщина азотированного слоя составляет

0,2–0,6 мм. Азотированный слой хорошо шлифуется

и полируется. Азотированию подвергают детали ав-

томобилей, а также штампы, пресс-формы и др.

Азотирование приводит к небольшому увеличению

размеров. Поэтому после азотирования детали под-

вергают окончательному шлифованию со снятием

слоя 0,02—0,03 мм. Азотирование обычно проводят в

среде аммиака при температуре 500—600°С. Аммиак

разлагается с выделением активного азота в атомар-

ном состоянии: 2NH3 ↔2N + 6H. При этих температу-

рах в герметически закрытом муфеле, вставленном в

печь, азот внедряется в поверхностный слой стали и

вступает в химическое взаимодействие с легирующи-

ми элементами, образуя нитриды хрома, молибдена,

вольфрама и др. Нитриды легирующих элементов по-

вышают твердость стали до HRC 70. Углеродистые

стали подвергают только антикоррозионному азоти-

рованию.

Для сокращения длительности азотирования в 2—3

раза используют ионное азотирование. Процесс

проводят в разреженной азотосодержащей атмосфе-

ре (NH3 или N2) при подключении обрабатываемой

детали к отрицательному электроду — катоду. Ано-

дом служит контейнер установки. Между деталью и

контейнером возбуждается тлеющий разряд, в кото-

ром ионы газа бомбардируют поверхность детали.

Продолжительность ионного азотирования составля-

ет от 1 до 24 ч. Азотирование в жидких средах прово-

дят при 540–590°С в расплавленных цианистых солях

в течение 0,5–3 ч. При общей толщине азотированно-

го слоя 0,15–0,5 мм на поверхности образуется тон-

кий (7–15 мкм) карбонитридный слой, обладающий

высоким сопротивлением износу.