Химико-термическая обработка. Общие закономерности

Химико-термической обработкой (ХТО) называют обработку, заклю­чающуюся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали в необ­ходимом направлении. При этом происходит поверхностное насыщение ме-

таллического материала соответствую­щим элементом (С, N, В, Al, Cr, Si, Ti и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды (твердой, газовой, паровой, жидкой) при высокой температуре.

Широкое применение ХТО в раз­личных областях техники объясняется тем, что большинство деталей машин и механизмов работают в условиях изно­са, кавитации, циклических нагрузок, коррозии при криогенных или высоких температурах, при которых максималь­ные напряжения возникают в поверх­ностных слоях металла. ХТО металлов и сплавов как с целью их поверхност­ного упрочнения, так и для зашиты от коррозии повышает надежность и дол­говечность деталей машин.

ХТО включает следующие основ­ные взаимосвязанные стадии: 1) образование активных атомов в насыщаю­щей среде и диффузию их к поверхности обрабатываемого металла; 2) ад­сорбцию образовавшихся активных атомов поверхностью насыщения; 3) диффу­зию — перемещение адсорбированных атомов внутри металла.

Развитие процесса диффузии приводит к образованию диффузионного слоя, под которым понимают слой материала детали у поверхности насыще­ния, отличающийся от исходного по химическому составу, а значит, струк­туре и свойствам (рис. 5.8). Материал детали под диффузионным слоем, не затронутый воздействием насыщающей активной среды, называется сердце­виной. Кратчайшее расстояние от поверхности насыщения до сердцевины составляет общую толщину диффузионного слоя. При контроле ХТО чаще пользуются эффективной толщиной диффузионного слоя, под которой по­нимают кратчайшее расстояние от поверхности насыщения до мерного уча­стка, характеризуемого установленным предельным номинальным значени­ем базового параметра. Под базовым параметром диффузионного слоя по­нимают параметр материала, служащий в данном испытании критерием из­менения качества в зависимости от расстояния от поверхности насыщения. В качестве базового параметра принимают или концентрацию диффундирую­щего элемента, или свойства, или структурный признак. Прилегающую к сердцевине внутреннюю часть диффузионного слоя, протяженность которой определяется разностью общей и эффективной толщин, называют переход­ной зоной диффузионного слоя (рис. 5.8).

Важнейший этап ХТО — диффузия. В металлах при образовании твер­дых растворов замещения диффузия в основном происходит по вакансион-ному механизму. При образовании твердых растворов внедрения реализуется механизм диффузии по междоузлиям.