Лекція № 28 : Хіміко -термічна обробка сталі

Цементація — це поверхневе насичення маловуглецевої сталі (0,1.-.0,25 %) або легованих сталей (типу 18ХГТ, 15ХФ, 20ХГР, 12ХНЗА, 20ХН та інших) вуглецем з метою одержання високої твердості поверхні та в'язкої серцевини виробів. Насичуючі суміші (карбюризатори), багаті на вуглець, можуть бути у твердому, рідкому і газоподібному стані. При призначенні режимів цементації (температура, час) враховують хімічний склад сталі та умови експлуатації деталі.

Для цементації у твердому карбюризаторі використовують суміші деревного вугілля у вигляді зерен розміром 3...7 мм (75...90 %) з вуглекислими солями (10...25 %) барію або натрію.

Азотування — це процес дифузійного поверхневого насичення сталевих виробів азотом у газоподібному або рідкому середовищі. Температурний діапазон азотування становить 470...600 °С. Відповідно до діаграми Ре — N залізо і азот утворюють кілька фаз: а-фаза — азотистий ферит (вміст азоту при 20 °С становить приблизно 0,015 %, при 591 °С — 0,1 %); у '-фаза — твердий розчин на основі нітриду заліза Ре₄Л/ (5,6.. 5,95 % N2); є-фаза — твердий розчин на-основі нітриду Ре₂Щ8...11,2 % Щ; у- фаза — твердий розчин азоту ву- залізі (існує вище температури евтектоїдного перетворення 591 °С).

Залежно від умов експлуатації виробів розрізняють азотування для підвищення поверхневої твердості, зносостійкості, втомної міцності та азотування для підвищення корозійної стійкості.

Азотування здійснюють на готових виробах після остаточної термічної обробки. Оптимальною структурою для азотування є сорбіт, який зберігається у серцевині виробів і після ХТО, забезпечуючи її підвищену в'язкість і міцність. Тому деталі перед азотуванням піддають зміцнюючій термічній обробці — гартуванню з високим відпуском.

Процес азотування також застосовується і при обробці виробів з високоміцних чавунів і титанових сплавів.

Дифузійна металізація — це процес, під час якого відбувається насичення поверхні сталевих виробів різними металами. Процес насичення алюмінієм називають алітуванням, хромом — хромуванням тощо. Розрізняють дифузійну металізацію у твердих, рідких і газоподібних середовищах.

Металізаторами твердої металізації служать сплави заліза з висо­ким вмістом потрібного елемента (хрому, алюмінію, кремнію) — феросплави з добавками хлористого амонію (МН₄СІ). Внаслідок реакції металізатора з НСІ або СІ₂ утворюється летюча сполука хлору з металом (АІСІ₃, СгСІ₂, 8іСІ₄ тощо), яка при контакті з поверхнею металу дисоціює з утворенням вільних атомів насичуючого елемента. Якщо вироби занурюють у розплавлений метал, то відбувається рідка металізація, газова ж металізація відбувається у газових середовищах — хлоридах різних металів.

Оскільки, на відміну від вуглецю і азоту, атоми металів утворюють із залізом тверді розчини заміщення, дифузія відбувається значно повільніше, а дифузійні шари утворюються у десятки й сотні разів тоншими, Це не сприяє значному поширенню процесів дифузійної металізації у зв'язку з тривалістю процесу та необхідністю застосування високих температур (1000... 1200 °С). Проте дифузійна мета­лізація дає змогу одержувати вироби зі звичайних вуглецевих сталей з високою жаростійкістю (хромування, алітування, силіціювання) до температур 1000... 1100 °С або з високою твердістю до 2000 НУ (бору-вання) і стійкістю проти спрацювання.