ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Химико-термической обработкой (ХТО) называется процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностных слоев деталей. Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой (твердой, жидкой или газообразной), в которой осуществляется нагрев. По сравнению с поверхностной закалкой (например, высокочастотной), ХТО, уступая ей в производительности, имеет некоторые особенности и преимущества:

  • • независимость от внешней формы изделия. С одинаковым успехом можно обрабатывать и сложные, и простые формы изделия, получая по всей поверхности упрочненный слой одинаковой толщины, тогда как при поверхностной закалке внешняя форма изделия имеет большое значение: у многих деталей внешняя форма такова, что исключает возможность применения поверхностной закалки;
  • • большее, чем при поверхностной закалке, различие между свойствами сердцевины и поверхности. При ХТО разница в свойствах определяется различием в строении и составе, а при поверхностной закалке — только различием в строении;
  • • последствия перегрева поверхности могут быть устранены последующей термообработкой, тогда как при поверхностной закалке перегрев не может быть устранен, поскольку она является последней операцией.

Процесс ХТО включает три элементарные стадии:

  • • выделение диффундирующего элемента в атомарном состоянии (диссоциация): 2NH3 —> 2N + ЗН2; СН4 —> С + 2Н2 и т.д.;
  • • контактирование атомов диффундирующего элемента с поверхностью стального изделия и проникновение их в решетку железа (адсорбция);
  • • диффузию перемещения атомов насыщающего элемента вглубь металла.

Скорость диффузии атомов насыщенного элемента в решетку неодинакова. При насыщении углеродом или азотом, образующим твердые растворы внедрения, диффузия протекает быстрее, чем при образовании твердых растворов замещения.

Границы зерен являются участками, в которых диффузионные процессы облегчены из-за наличия в этих местах дефектов кристаллического строения.

Развитие процесса диффузии приводит к образованию в поверхностных слоях диффузионной зоны, состоящей из твердых растворов и химических соединений.

Слой материала детали у поверхности насыщения, отличающийся от исходного по химическому составу, называется диффузионным слоем. Зона материала, не тронутая воздействием окружающей активной среды, называется сердцевиной.

Под общей толщиной диффузионного слоя понимают кратчайшее расстояние от поверхности насыщения до сердцевины. Эффективной толщиной диффузионного слоя называют часть общей толщины диффузионного слоя, которая определяется до участка, характеризуемого базовым параметром. В качестве базового параметра принимают или концентрацию диффундирующего элемента, или свойства (твердость), или структурный признак.

Толщина диффузионного слоя зависит от температуры и продолжительности насыщения (рис. 8.1).

Зависимость толщины диффузионного слоя от продолжительности насыщения (о), температуры (б) и изменение концентрации по толщине диффузионного слоя (в)

Рис. 8.1. Зависимость толщины диффузионного слоя от продолжительности насыщения (о), температуры (б) и изменение концентрации по толщине диффузионного слоя (в)

Продолжительность процесса ХТО определяется требуемой глубиной диффузионного слоя. При постоянных параметрах процесса (температура и др.) глубина диффузионного слоя подчиняется соотношению

где х — толщина слоя; т — продолжительность процесса; к — постоянная, зависящая от коэффициента диффузии.

Качественными и количественными характеристиками ХТО являются толщина диффузионного слоя, распределение концентрации диффундирующего элемента по толщине слоя, фазовый состав и свойства слоя (твердость, пластичность, сопротивление износу, коррозионная стойкость и др.).

При определении толщины диффузионного слоя, полученного при насыщении стали металлами и неметаллами, обычно указывают не полную толщину слоя, а толщину до определенной твердости — эффективную толщину диффузионного слоя.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >