56. Химико-термическая обработка

Химико-термическая обработка — процесс химического и термического воздействия на поверхностный слой стали с целью изменения состава, структуры и свойств.

Химико-термическая обработка широко применяется в машиностроении, так как является одним из наиболее эффективных методов упрочнения стальных деталей для повышения их долговечности.

Недостатком процессов химико-термической обработки является их малая производительность. Химико-термическая обработка основана на диффузии атомов различных химических элементов в кристаллическую решетку железа при нагреве в среде, содержащей эти элементы. Химико-термическая обработка состоит из следующих процессов:

1) диссоциации — получения насыщающего элемента в активном атомарном состоянии: 2NH₃ ↔ 2N + ЗН₂; СН₄↔ С + 2Н₂ и т.д.; 2) адсорбции — поглощения активных атомов насыщающего элемента поверхностью металла; 3) диффузии — перемещения атомов насыщающего элемента с поверхности в глубь металла.

Наиболее распространенными видами химико-термической обработки являются цементация, борирование, алитирование и др. Цементация — процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя углеродом при нагреве в соответствующей среде. Борирование — процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхностного слоя бором при нагревании в борсодержащей среде (буре, треххлористом боре и др.). Диффузионная металлизация — процесс химико-термической обработки, при котором происходит насыщение поверхностного слоя стали различными металлами (алюминием, хромом, цинком и др.) и их комплексами.

57. Азотирование

Азотирование — процесс химико-термической обработки, заключающийся в насыщении поверхностного слоя азотом для придания этому слою высокой твердости, износостойкости или устойчивости против коррозии.

Механические свойства деталей перед азотированием 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 автомобилей, а также штампы, пресс-формы и др.

Азотирование приводит к небольшому увеличению размеров. Поэтому после азотирования детали подвергают окончательному шлифованию со снятием слоя 0,02—0,03 мм. Азотирование обычно проводят в среде аммиака при температуре 500—600 ^оС. Аммиак разлагается с выделением активного азота в атомарном состоянии: 2NH₃↔2N + 6Н. При этих температурах в герметически закрытом муфеле, вставленном в печь, азот внедряется в поверхностный слой стали и вступает в химическое взаимодействие с легирующими элементами, образуя нитриды хрома, молибдена, вольфрама и др. Нитриды легирующих элементов повышают твердость стали до HRC70. Углеродистые стали подвергают только антикоррозионному азотированию.

Для сокращения длительности азотирования в 2—3 раза используют ионное азотирование. Процесс проводят в разреженной азотосодержащей атмосфере (NH₃ или N₂) при подключении обрабатываемой детали к отрицательному электроду — катоду. Анодом служит контейнер установки. Между деталью и контейнером возбуждается тлеющий разряд, в котором ионы газа бомбардируют поверхность детали. Продолжительность ионного азотирования составляет от 1 до 24 ч. Азотирование в жидких средах проводят при 540-590 ^оС в расплавленных цианистых солях в течение 0,5-3 ч. При общей толщине азотированного слоя 0,15-0,5 мм на поверхности образуется тонкий (7-15 мкм) карбонитридный слой, обладающий высоким сопротивлением износу.