Химико-термическая обработка

1. Общая характеристика химико-термической обработки.

2. Цементация.

3. Азотирование.

4. Цианирование.

Химико-термической обработкой называют процессы насыщения поверхностного слоя изделий тем или иным элементом путем диффузии его из внешней среды при высоких температурах.

Химико-термическую обработку проводят в целях повышения износостойкости и усталостной прочности, повышения сопротивления коррозии.

Изменение химического состава поверхностного слоя происходит в несколько стадий: 1 стадия – выделение диффундирующего;

2 стадия – адсорбция, т.е. поглощение подаваемых к изделию атомов металлической поверхностью. Адсорбция объясняется тем, элемента в атомарном состоянии, благодаря реакциям, протекающим во внешней среде, что у атомов металла, находящегося на поверхности, свободные связи направлены наружу, это увеличивает поверхностную энергию. При осаждении чужих атомов свободные связи используются, что уменьшает поверхностную энергию. При осаждении «чужих» атомов свободные связи используются, что уменьшает поверхностную энергию. Обычно адсорбционная способность возрастает с повышением температуры.

3-я стадия – растворение адсорбируемых атомов в металле. Химический состав поверхностного слоя изменяется, появляется градиент концентрации растворенного компонента от поверхности к нижележащему слою.

4-я стадия – диффузия растворенного вещества вглубь изделия. Скорость диффузии возрастает с повышением температуры и с увеличением градиента концентрации: чем выше температура химико-термической обработки, тем больше глубина слоя измененного химического состава.

При заданной температуре толщина слоя возрастает с увеличением длительности процесса по параболическому закону.

На скорость диффузии сильно влияет тип образующегося твердого раствора. Атомы компонентов, образующих с обрабатываемым металлом твердые растворы внедрения (C, N) диффундируют значительно быстрее атомов, образующих твердые растворы замещения (Cr,Al).

Изменение концентрации растворенного вещества по глубине слоя зависит от характера взаимодействия этого вещества с насыщаемым металлом.

Если при температуре процесса наблюдается значительная или неограниченная растворимость в твердом состоянии, то концентрация растворенного элемента будет монотонно уменьшаться от поверхности вглубь.

ДС металла А и диффундирующего Распределение диффундирующего

Компонента В, t₁– темп. ХТО элемента в слое.

Когда при температуре процесса образуются химические соединения или промежуточные фазы переменного состава, концентрация растворенного вещества по глубине слоя будет изменяться скачками. Предположим, что системе – металл А и диффундирующий элемент В соответствует приведенная диаграмма состояния.

а) ДС металла А и диффундирующего б) распределение компонента

компонента В, t₁-температура насыщения в слое

Если процессы диссоциации, адсорбции и диффузии идут достаточно активно в течении достаточного времени, то на поверхности сможет образоваться слой твердого раствора В (А) переменной концентрации (рис. б). Под ним будет находиться подслой твердого раствора химического соединения AnBm тоже переменной концентрации и, наконец, слой α твердого раствора А (В) убывающего от предела насыщения (при данной температуре) до 0. На границах раздела слоев концентрация меняется скачкообразно в соответствии с условиями равновесного сосуществования фаз, как это следует из ДС (рис. а).

Если процесс насыщения идет менее активно, то концентрация на поверхности не достигнет 100% В и может, например, равняться Х. Этот случай равносилен тому, что насыщаемая поверхность как бы переместилась в положение О´ и т.д. (рис. б).

Наиболее широкое практическое применение для сталей нашли такие процессы химико-термической обработки, как цементация, азотирование и цианирование.

Дата добавления: 2014-01-07