7.2. Химико–термическая обработка

Химико-термической обработкой называют процесс, заключающийся в сочетании термического и химиче­ского воздействия для изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали.

Химико-термическая обработка основана на диф­фузии (проникновении) в атомно-кристаллическую ре­шетку железа атомов различных химических элементов при нагреве стальных деталей в среде, богатой этими элементами.

Наибольшее распространение получили следующие виды химико-термической обработки.

Цементация - процесс, состоящий в диффузион­ном насыщении поверхностного слоя стали углеродом до оптимальной концентрации 0,8—1,1% и получении после закалки высокой твердости поверхности (HV 700 — 800) при сохранении вязкой сердцевины. Цементации подвергаются детали, изготовленные из низкоуглероди­стых сталей или из легированных низко­углеродистых сталей. При цементации используют естественные и искусственные газы или жидкий карбю­ризатор (бензол, пиробензол, керосин и др.), который подается непосредственно в рабочее пространство печи. При нагреве происходит разложение метана. Атомарный углерод поглощается по­верхностью стали и проникает в глубину детали. Газо­вая цементация деталей производится при температуре 930—950° С.

Азотирование заключается в диффузионном насыще­нии поверхностного слоя азотом. Азотирование повышает твердость поверхностного слоя, его износостой­кость, предел выносливости и сопротивление коррозии в среде атмосферного воздуха, воды, пара и т. д. Азоти­рование проводят обычно при 500-600° С (для повыше­ния износостойкости и прочности) или при 600—800° С (для повышения коррозионной стойкости) в среде ам­миака,который при указанных температурах диссо­циирует с образованием атомарного азота. Атомарный азот диффундирует в же­лезо.

Нитроцементация и цианирование - поверхност­ное насыщение деталей одновременно углеродом и азо­том. Процесс выполняют либо в газовой среде, либо в расплавленной ванне из цианистых солей. В первом случае процесс называют нитроцементацией, во вто­ром — цианированием. Газовая нитроцементация поз­воляет повысить износостойкость обрабатываемых дета­лей и сделать процесс более рентабельным. При низких температурах поверхностный слой стали насыщается преимущественно азотом, а при высоких — углеродом.

Газовое цианирование (нитроцементацию) разделяют на высокотемпературное (при 800—950° С) и низкотемпературное (при 550—600° С). Высокотемпературное цианирование применяют для получения высокой твердости и износостойкости поверхностей деталей из конструкционных сталей с получением слоя глубиной 0,2-1,0 мм. После нитроцементации детали закаливают и затем подвергают низкому отпуску. Низкотемпературное цианирование выполняют в течение 5-10 ч в среде эндогаза или газа, полученного из синтина (смесь углеводородов) с добавлением 12-20% аммиака, или путем использования триэтаноламина. В результате такой обработки на поверхности стали образуется тонкий карбонитридный слой (толщиной 0,15- 0,20 мм), обладающий высокой износостойкостью. Перед низкотемпературным цианированием производится полная меха­ническая и термическая обработка деталей.

К числу новых методов химико-термической обра­ботки относят насыщение поверхности стали бором. Борирование повышает твердость, сопротив­ление абразивному износу, коррозионную стойкость, теплостойкость и жаростойкость, однако борированные слои обладают высокой хрупкостью. При сульфидировании производят насыще­ние поверхности стали серой, азотом и углеродом на глубину 0,2—0,3 мм для повышения износостойкости, прирабатываемости деталей при трении и устойчивости их против задиров.

Диффузионная металлизация — процесс насыщения поверхности стали алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование). Металли­зация кремнием повышает кислотоупорность, хромом или алюминием - жаростойкость, хромом, азотом и углеродом - износостойкость и т. д. Металлы образуют с железом твердые растворы замещения, поэтому диф­фузия их осуществляется значительно труднее, чем диффузия углерода или азота. В связи с этим процессы диффузионной металлизации выполняют при высоких температурах: алитирование - при 900-1000°С, си­лицирование - при 950-1050°С.

Применение диффузионной металлизации во многих случаях не только вполне оправдано, но и является экономически выгодным. Так, детали жаростойкие при температуре до 1000-1100° С, изготовляют из простых углеродистых сталей, а с поверхности насыщают алюми­нием, хромом или кремнием, что значительно выгоднее, чем применение специальных легированных жаростой­ких сталей.