ХТО называется термическая обработка, заключающаяся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали.
При ХТО происходит поверхностное насыщение стали элементами ( С,N, Al, Cr, SI и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды (твердой, газовой, жидкой) при высокой температуре.
При ХТО получается большая разность между составом и свойствами поверхностного слоя и сердцевины
ХТО включает три последовательные стадии (элементарные процессы):
ДИССОЦИАЦИЯ –распад молекул и образовании активных насыщающих элементов
2СО = СО2+ С
2NH3 = 3 H2 + 2 N
Степень распада молекул газа в % называется степенью диссоциации
* АБСОРБЦИЯ – захват поверхностью металла свободных атомов насыщающегося
элемента. Происходит на гране газ – металл. Развитию процесса абсорбции способствует возможность диффундирующего элемента образовывать с основным металлом твердые растворы или химические соединения.
* ДИФФУЗИЯ– проникновение насыщающего элемента вглубь металла.
Процесс диффузии возможен только при наличии растворимости диффундирующего элемента в основном металле и высокой температуре.
Количественно процесс диффузии характеризуется так называемым коэффициентом диффузии Д, зависит от температуры, чем выше температура, тем больше и полнее идет процесс диффузии
Продолжительность ХТО определяется требуемой глубиной диффузионного слоя
Рассмотрим основные виды ХТО
ЦЕМЕНТАЦИЯ
Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом.
Цель цементации – получение твердой и износостойкой поверхности при сохранении вязкой пластичной сердцевины.
Цементации подвергаются стали, содержащие углерода 0,12-0,23 %
Цементацию проводят при температурах выше критической Ас3 , т.е.920-950 градусов, при которой сталь находится в аустенитном состоянии, растворяющим углерод в больших количествах.
Толщина цементованного слоя от 0,5 до 3 мм
Время выдержки зависит от требуемой толщины цементованного слоя и составляет от 6 до 24 часов.
В зависимости от вида карбюризатора(вещества, содержащего углерод) различают следующие основные виды цементации:
Твердая
Газовая
Жидкостная
ЦЕМЕНТАЦИЯ В ТВЕРДОМ КАРБЮРИЗАТОРЕ
Насыщающая среда – древесный уголь (дубовый или березовый) или торфяной кокс + активизаторы: углекислые барий ВаСО3, кальцинированная сода в количестве 10-40% от массы угля.
Изделия укладывают в специальные железные ящики. На дно которых насыпают карбюризатор, сверху деталей снова – карбюризатор, ящик закрывается крышкой, имеющей отверстие для выхода газов, обмазывают огнеупорной глиной и помещают в печь, нагретую до температуры 920 – 950 оС. Продолжительность выдержки от 5 лр 15 часов в зависимости от размеров ящика.
После цементации ящики охлаждают на воздухе до 400-500оС далее ящики раскрывают.
ГАЗОВАЯ ЦЕМЕНТАЦИЯ
Это процесс насыщения углеродом в среде углеродосодержащих газов.
Чаще всего – это природный газ, состоящий почти целиком из метана - СН4 и пропан бутановых смесей
Температура цементации – 910-930оС
Время выдержки – 6-12 часов
Толщина слоя – до 1.5 мм
Газовую цементацию проводят в различных печах (шахных, муфельных и др.) через которые пропускают газ.
Газовая цементация применима для условий массового производства деталей.
Преимущества ее:
* возможность получения заданной концентрации в слое
* сокращение длительности процесса
* возможность обеспечения полной автоматизации производства
* упрощение последующей термообработки, которая осуществляется сразу из цементационной печи