Химико-термическая обработка металлов

Химико-термическая обработка металлов — Химико-термической обработкой (ХТО) называется термическая обработка, заключающаяся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали.

Описание процесса

Процесс химико-термической обработки представляет собой многоступенчатый процесс, который включает в себя три последовательные стадии:
1. Образование активных атомов в насыщающей среде рядом с поверхностью или непосредственно на поверхности металла. Мощность диффузионного потока, т. е. количество образующихся в единицу времени активных атомов, зависит от состава и агрегатного состояния насыщающей среды, которая может быть твердой, жидкой или газообразной, взаимодействия отдельных составляющих между собой, давления, температуры и химического состава стали.

2. Адсорбция образовавшихся активных атомов насыщаемой поверхностью. Адсорбция является сложным процессом, который протекает на поверхности насыщения нестационарным образом. Различают физическую (обратимую) адсорбцию и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При химико-термической обработке эти типы адсорбции накладываются друг на друга. Физическая адсорбция приводит к сцеплению адсорбированных атомов насыщающего элемента (адсорбата) с образовываемой поверхностью (адсорбентом) благодаря действию Ван-дер-Ваальсовых сил притяжения, и для нее характерна легкая обратимость процесса адсорбции — десорбция. При хемосорбции происходит взаимодействие между атомами адсорбата и адсорбента, которое по своему характеру и силе близко к химическому.

3. Диффузия — перемещение адсорбированных атомов в решетке обрабатываемого металла. Процесс диффузии возможен только при наличии растворимости диффундирующего элемента в обрабатываемом материале и достаточно высокой температуре, обеспечивающей энергию необходимую для протекания процесса.

Толщина диффузионного слоя, а следовательно и толщина упрочненного слоя поверхности изделия, является наиболее важной характеристикой химико-термической обработки. Толщина слоя определяется рядом таких факторов, как температура насыщения, продолжительность процесса насыщения, состав стали, т. е. содержание в ней тех или иных легирующих элементов, градиент концентраций насыщаемого элемента между поверхностью изделия и в глубине насыщаемого слоя.

Классификация по внедряемым элементам

Технологии мононасыщения
- Цементация — насыщение атомами углерода
- Азотирование — насыщение атомами азота
- Борирование — насыщение атомами бора
- Алитирование — насыщение атомами алюминия
- Сульфидирование — насыщение атомами серы

Технологии совместного насыщения
- Нитроцементация — насыщение атомами преимущественно углерода и в меньшей степени азота.
- Карбонитрирование (цианирование, карбонитрация) — насыщение атомами преимущественно азота и в меньшей степени углерода
- Алюмосилицирование — насыщение атомами алюминия и кремния

Классификация по методу насыщения
- Насыщение из газовой фазы
- Насыщение из порошков
- Насыщение из расплавов солей
- Ионно-плазменные методы насыщения

Применение

Упрочняющая обработка

Защита от износа
- Цементация
- Нитроцементация
- Азотирование
- Карбонитрирование (цианирование, карбонитрация)
- Борирование

Антикоррозионная обработка

Защита от коррозии
- Азотирование
- Карбонитрирование (цианирование, карбонитрация)
- Алитирование
- Алюмосилицирование