Химико-термическая обработка

Химико-термической обработкой (ХТО) называется процесс насыщения поверхности деталей металлами и неметаллами для придания требуемых свойств, проводимый при повышенной температуре для ускорения диффузии.

Различают следующие основные виды ХТО.

1. Цементация состоит в насыщении поверхности детали углеродом до содержания 1,1–1,2%. Процесс проводят в газообразном или твердом карбюризаторе. Цементации подвергаются низкоуглеродистые (в том числе низколегированные) стали, содержащие не более 0,2% углерода. После цементации производится сложная ТО, завершающаяся закалкой и низким отпуском. Цементация позволяет получить твердую, прочную, износостойкую поверхность и вязкую, пластическую сердцевину, что хорошо сказывается на эксплуатации ответственных деталей, работающих при знакопеременных и ударных нагрузках (валы, шестерни, кулачки и т. п.).

2. Азотирование состоит в насыщении поверхности азотом при нагреве в аммиачной среде. Азотирование повышает коррозионную стойкость, не требует последующей ТО и дает бóльшую твердость поверхности, чем цементация (причем эта твердость сохраняется вплоть до 600°С, а не до 200°С, как при цементации). Азотированию подвергают шестерни, многие детали станков, цилиндры мощных двигателей и т. п.

3. Цианирование и нитроцементация – это совместное насыщение стали углеродом и азотом. Цианирование проводят в расплавах солей на основе цианистого натрия (NaCN) при 820–960°С, а нитроцементацию – в газовой смеси, содержащей науглероживающий газ и аммиак, при 850–870°С. В результате повышаются поверхностная прочность, твердость и выносливость. Процесс применяется при изготовлении ответственных мелких деталей (шестерен, пальцев, гаек и т. п.).

4. Алитирование состоит в насыщении поверхности алюминием. Проводится при температуре 900–1050°С в течение 3–12 часов в порошкообразных смесях, содержащих алюминий. В результате на поверхности стали образуется пленка Al₂O₃, обладающая высокой окалиностойкостью до 900°С. Используется для защиты деталей разливочных ковшей, клапанов и других деталей двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

5. Хромирование позволяет повысить твердость, износостойкость и окалиностойкость (до 800°С) стальных деталей. Хромирование ведут в порошкообразных смесях при температуре 1000–1050°С в течение нескольких часов. Применяется при обработке деталей паросилового оборудования, клапанов ДВС, а также деталей, работающих в агрессивных средах. Позволяет частично отказаться от применения дорогостоящих высокохромистых сталей.

6. Силицирование производится в порошкообразных или газовых средах, содержащих кремний, при температуре 950–1000°С для повышения коррозионной стойкости стали в морской воде, азотной, серной и соляной кислотах, а также увеличения износостойкости. Силицированию подвергают детали оборудования, применяемого в химической, бумажной и нефтяной промышленности (валики насосов, трубопроводы, арматуру и т. п.).

7. Борирование и титанирование позволяют получить наибольшую твердость поверхностного слоя (до 2000 и 2700 HV соответственно) благодаря образованию сверхтвердых карбидов бора или титана. Борирированию подвергают рабочие поверхности штампов для горячей штамповки; втулки нефтянных грязевых насосов и наконечники пескоструйных аппаратов для повышения устойчивости против абразивного износа. Титанирование применяют для лопастей гребных винтов, поршней судовых двигателей, фильер для протяжки проволоки и т. п.

Раздел 3