Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Хі́міко-термі́чна обро́бка (ХТО) — це вид термічної обробки, що полягає в поєднанні термічного та хімічного впливу з метою зміни хімічного складу, структури і властивостей поверхневого шару металевого матеріалу.
Мета хіміко-термічної обробки — надати поверхневому шару металевої деталі підвищеної твердості, зносостійкості, жаротривкості, корозійної стійкості тощо.
Класифікація
Хіміко-термічна обробка може передбачати:
- дифузійне насичення неметалами (вуглецем, азотом, бором та ін.);
- дифузійне насичення металами (дифузійна металізація — алюмінієм, хромом, цинком, титаном тощо);
- дифузійне видалення домішок (вуглецю, кисню, водню).
Дифузійне насичення
Для дифузійного насичення поверхневих шарів виробів відповідними хімічними елементами деталі поміщають у середовище, з якого при витримці у процесі дифузії вглиб поверхневого шару переходять певні елементи (вуглець, азот, алюміній, хром, кремній, бор та ін.). Можливе одночасне насичення декількома елементами (комплексне насичення). З метою прискорення ХТО й підвищення якості поверхневих шарів застосовують процеси іонного насичення (наприклад, азотування у тліючому розряді).
Цей вид обробки може виконуватись і як остаточне, так і попереднє термічне оброблення. За дифузійного насичення у поверхневому шарі виникають, зазвичай, значні залишкові напруження стиску, що сприяють підвищенню границі витривалості матеріалу виробів.
Дифузійне видалення домішок
Дифузійне видалення домішок використовують для видалення кисню, водню, вуглецю та ін. Здійснюють при нагріванні у вакуумі та різних середовищах внаслідок дифузії атомів домішок із серцевини до поверхні виробу та їх видалення з поверхні. Широко застосовують у промисловості зневуглецьовування трансформаторної сталі відпалом листів у середовищі водню.
Характеристика технологічного процесу
Процес хіміко-термічної обробки є багатоступеневим, і охоплює три послідовні стадії:
1. Утворення активних атомів в середовищі насичення біля поверхні або безпосередньо на поверхні металу. Потужність дифузійного потоку, тобто кількість активних атомів які виникають за одиницю часу, залежить від
- складу і агрегатного стану середовища насичення, яка може бути твердим, рідким чи газоподібним;
- взаємодії окремих складових між собою;
- тиску;
- температури;
- хімічного складу металу, що підлягає обробці.
2. Адсорбція поверхнею насичення активних атомів, що утворилися. Адсорбція є складним процесом, перебіг якого має нестаціонарний характер. Розрізняють фізичну (оборотну) адсорбцію і хімічну адсорбцію (хемосорбцію). При хіміко-термічній обробці ці типи адсорбції накладаються одна на одну. Фізична адсорбція призводить до зчеплення адсорбованих атомів елементу насичення (адсорбату) з оброблюваною поверхнею (адсорбентом) завдяки притягальній дії сил Ван дер Ваальса, і для неї характерна легка оборотність процесу адсорбції — десорбція. При хемосорбції відбувається взаємодія між атомами адсорбату і адсорбенту, яка за своїм характером і силою близька до хімічної.
3. Дифузія — переміщення адсорбованих атомів в решітці оброблюваного металу. Процес дифузії можливий тільки при наявності розчинності дифундуючого елементу в оброблюваному матеріалі і досить високій температурі, що забезпечує енергію необхідну для перебігу процесу.
Товщина дифузійного шару, а отже і товщина зміцненого шару поверхні виробу, є найважливішою характеристикою хіміко-термічної обробки. Товщина шару визначається рядом таких факторів, як
- температура насичення;
- тривалість процесу насичення;
- склад металу, тобто вміст у ній тих чи інших легуючих елементів;
- градієнт концентрацій насичує елемент між поверхнею виробу і в глибині шару насичення.
Види хіміко-термічної обробки сталі
Найпоширенішими видами хіміко-термічної обробки сталі є: цементація, азотування, ціанування, дифузійна металізація.
Цементацією називається процес насичення поверхні стального виробу вуглецем. Після загартування такого виробу він стає твердим на поверхні і в'язким у серцевині. Цементації піддають в основному деталі, які працюють на стирання і удар одночасно. Цементація застосовується для маловуглецевих сталей. Використовують два види цементації: цементація твердим карбюризатором і газова цементація.
Азотування — це технологічний процес насичення поверхневого шару виробу азотом, щоб надати поверхневому шару виробу високої твердості, підвищити зносостійкість та опір агресивним середовищам. Азотують переважно леговану сталь, що містить алюміній, титан, ванадій, вольфрам, молібден або хром. Ці елементи, при взаємодії з азотом, утворюють тверді, стійкі до агресивних середовищ нітриди (TiN і т. д.).
Ціанування (карбонітрація) — насичення поверхневого шару виробів одночасно азотом (меншою мірою) і вуглецем (більшою мірою). Воно буває рідинне і газове, низькотемпературне (773…973 К), високотемпературне (1073…1123 К). Ціанування в основному застосовують для обробки інструментів із швидкорізальної сталі, підвищується твердість і корозійна стійкість.
Нітроцементація (газове ціанування) — насичення атомами переважно азоту і меншою мірою вуглецю. Використовують для підвищення зносостійкості.
Дифузійна металізація — насичення поверхневого шару виробу різними металами. Процес відбувається в розплавах металів, якщо метал має невисоку температуру плавлення (цинк, алюміній), або в газовому середовищі хлоридів металів (CrCl3, AlCl3, SiCl4 і т. д.). Між хлоридом та залізом протікає реакція обміну, в результаті, якої утворюється активний атомарний елемент, який дифундує в поверхневий шар. Дифузійна металізація проводиться для підвищення твердості, корозійної стійкості, жаростійкості, блиску і естетичного вигляду. Найпоширеніші види дифузійної металізації:
- алітування (насичення алюмінієм), використовується для деталей, що працюють при високих температурах;
- хромування (насичення хромом), супроводжується утворенням дифузійного шару з твердого розчину хрому в α-залізі та включень карбідів хрому з твердістю 1200…1300 HV та глибиною 0,15…0,2 мм. Використовують для деталей, що працюють на зношування в агресивних середовищах;
- борування (насичення бором), який забезпечує високу твердість (1800…2000 HV), зносостійкість та стійкість проти корозії в різних середовищах;
- силіціювання (насичення кремнієм), що сприяє високій корозійній стійкості в морській воді, а також деяких кислотах.
Див. також
Джерела
- Хільчевський В. В. Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів: Навчальний посібник. К.: Либідь, 2002. — 328с. —
- Лахтин Ю. М. Основы металловедения. — М.: Металлургия, 1988. — 320 с.
- Химико-термическая обработка металлов. Учебное пособие для вузов. / Лахтин Ю. М., Арзамасов Б. Н. — М.: Металлургия, 1985 . — 256 с.
- Будник А. Ф. Типове обладнання термічних цехів та дільниць: Навчальний посібник.[недоступне посилання з травня 2019] — Суми: Вид-во СумДУ, 2008. — 212 с. —
- Седов Ю. Е., Адаскин А. М.Справочник молодого термиста. — М.: Высшая школа, 1986. — 239 с.
- Бучинський М. Я., Горик О. В., Чернявський А. М., Яхін С. В. ОСНОВИ ТВОРЕННЯ МАШИН / [За редакцією О. В. Горика, доктора технічних наук, професора, заслуженого працівника народної освіти України]. — Харків: Вид-во «НТМТ», 2017. — 448 с. : 52 іл. —
Посилання
- Термохімічна обробка // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Hi miko termi chna obro bka HTO ce vid termichnoyi obrobki sho polyagaye v poyednanni termichnogo ta himichnogo vplivu z metoyu zmini himichnogo skladu strukturi i vlastivostej poverhnevogo sharu metalevogo materialu Meta himiko termichnoyi obrobki nadati poverhnevomu sharu metalevoyi detali pidvishenoyi tverdosti znosostijkosti zharotrivkosti korozijnoyi stijkosti tosho KlasifikaciyaHimiko termichna obrobka mozhe peredbachati difuzijne nasichennya nemetalami vuglecem azotom borom ta in difuzijne nasichennya metalami difuzijna metalizaciya alyuminiyem hromom cinkom titanom tosho difuzijne vidalennya domishok vuglecyu kisnyu vodnyu Difuzijne nasichennya Dlya difuzijnogo nasichennya poverhnevih shariv virobiv vidpovidnimi himichnimi elementami detali pomishayut u seredovishe z yakogo pri vitrimci u procesi difuziyi vglib poverhnevogo sharu perehodyat pevni elementi vuglec azot alyuminij hrom kremnij bor ta in Mozhlive odnochasne nasichennya dekilkoma elementami kompleksne nasichennya Z metoyu priskorennya HTO j pidvishennya yakosti poverhnevih shariv zastosovuyut procesi ionnogo nasichennya napriklad azotuvannya u tliyuchomu rozryadi Cej vid obrobki mozhe vikonuvatis i yak ostatochne tak i poperednye termichne obroblennya Za difuzijnogo nasichennya u poverhnevomu shari vinikayut zazvichaj znachni zalishkovi napruzhennya stisku sho spriyayut pidvishennyu granici vitrivalosti materialu virobiv Difuzijne vidalennya domishok Difuzijne vidalennya domishok vikoristovuyut dlya vidalennya kisnyu vodnyu vuglecyu ta in Zdijsnyuyut pri nagrivanni u vakuumi ta riznih seredovishah vnaslidok difuziyi atomiv domishok iz sercevini do poverhni virobu ta yih vidalennya z poverhni Shiroko zastosovuyut u promislovosti znevuglecovuvannya transformatornoyi stali vidpalom listiv u seredovishi vodnyu Harakteristika tehnologichnogo procesuProces himiko termichnoyi obrobki ye bagatostupenevim i ohoplyuye tri poslidovni stadiyi 1 Utvorennya aktivnih atomiv v seredovishi nasichennya bilya poverhni abo bezposeredno na poverhni metalu Potuzhnist difuzijnogo potoku tobto kilkist aktivnih atomiv yaki vinikayut za odinicyu chasu zalezhit vid skladu i agregatnogo stanu seredovisha nasichennya yaka mozhe buti tverdim ridkim chi gazopodibnim vzayemodiyi okremih skladovih mizh soboyu tisku temperaturi himichnogo skladu metalu sho pidlyagaye obrobci 2 Adsorbciya poverhneyu nasichennya aktivnih atomiv sho utvorilisya Adsorbciya ye skladnim procesom perebig yakogo maye nestacionarnij harakter Rozriznyayut fizichnu oborotnu adsorbciyu i himichnu adsorbciyu hemosorbciyu Pri himiko termichnij obrobci ci tipi adsorbciyi nakladayutsya odna na odnu Fizichna adsorbciya prizvodit do zcheplennya adsorbovanih atomiv elementu nasichennya adsorbatu z obroblyuvanoyu poverhneyu adsorbentom zavdyaki prityagalnij diyi sil Van der Vaalsa i dlya neyi harakterna legka oborotnist procesu adsorbciyi desorbciya Pri hemosorbciyi vidbuvayetsya vzayemodiya mizh atomami adsorbatu i adsorbentu yaka za svoyim harakterom i siloyu blizka do himichnoyi 3 Difuziya peremishennya adsorbovanih atomiv v reshitci obroblyuvanogo metalu Proces difuziyi mozhlivij tilki pri nayavnosti rozchinnosti difunduyuchogo elementu v obroblyuvanomu materiali i dosit visokij temperaturi sho zabezpechuye energiyu neobhidnu dlya perebigu procesu Tovshina difuzijnogo sharu a otzhe i tovshina zmicnenogo sharu poverhni virobu ye najvazhlivishoyu harakteristikoyu himiko termichnoyi obrobki Tovshina sharu viznachayetsya ryadom takih faktoriv yak temperatura nasichennya trivalist procesu nasichennya sklad metalu tobto vmist u nij tih chi inshih leguyuchih elementiv gradiyent koncentracij nasichuye element mizh poverhneyu virobu i v glibini sharu nasichennya Vidi himiko termichnoyi obrobki staliNajposhirenishimi vidami himiko termichnoyi obrobki stali ye cementaciya azotuvannya cianuvannya difuzijna metalizaciya Cementaciyeyu nazivayetsya proces nasichennya poverhni stalnogo virobu vuglecem Pislya zagartuvannya takogo virobu vin staye tverdim na poverhni i v yazkim u sercevini Cementaciyi piddayut v osnovnomu detali yaki pracyuyut na stirannya i udar odnochasno Cementaciya zastosovuyetsya dlya malovuglecevih stalej Vikoristovuyut dva vidi cementaciyi cementaciya tverdim karbyurizatorom i gazova cementaciya Dokladnishe Cementaciya stali Azotuvannya ce tehnologichnij proces nasichennya poverhnevogo sharu virobu azotom shob nadati poverhnevomu sharu virobu visokoyi tverdosti pidvishiti znosostijkist ta opir agresivnim seredovisham Azotuyut perevazhno legovanu stal sho mistit alyuminij titan vanadij volfram molibden abo hrom Ci elementi pri vzayemodiyi z azotom utvoryuyut tverdi stijki do agresivnih seredovish nitridi TiN i t d Dokladnishe Azotuvannya Cianuvannya karbonitraciya nasichennya poverhnevogo sharu virobiv odnochasno azotom menshoyu miroyu i vuglecem bilshoyu miroyu Vono buvaye ridinne i gazove nizkotemperaturne 773 973 K visokotemperaturne 1073 1123 K Cianuvannya v osnovnomu zastosovuyut dlya obrobki instrumentiv iz shvidkorizalnoyi stali pidvishuyetsya tverdist i korozijna stijkist Dokladnishe Cianuvannya stalelivarne virobnictvo Nitrocementaciya gazove cianuvannya nasichennya atomami perevazhno azotu i menshoyu miroyu vuglecyu Vikoristovuyut dlya pidvishennya znosostijkosti Difuzijna metalizaciya nasichennya poverhnevogo sharu virobu riznimi metalami Proces vidbuvayetsya v rozplavah metaliv yaksho metal maye nevisoku temperaturu plavlennya cink alyuminij abo v gazovomu seredovishi hloridiv metaliv CrCl3 AlCl3 SiCl4 i t d Mizh hloridom ta zalizom protikaye reakciya obminu v rezultati yakoyi utvoryuyetsya aktivnij atomarnij element yakij difunduye v poverhnevij shar Difuzijna metalizaciya provoditsya dlya pidvishennya tverdosti korozijnoyi stijkosti zharostijkosti blisku i estetichnogo viglyadu Najposhirenishi vidi difuzijnoyi metalizaciyi alituvannya nasichennya alyuminiyem vikoristovuyetsya dlya detalej sho pracyuyut pri visokih temperaturah hromuvannya nasichennya hromom suprovodzhuyetsya utvorennyam difuzijnogo sharu z tverdogo rozchinu hromu v a zalizi ta vklyuchen karbidiv hromu z tverdistyu 1200 1300 HV ta glibinoyu 0 15 0 2 mm Vikoristovuyut dlya detalej sho pracyuyut na znoshuvannya v agresivnih seredovishah boruvannya nasichennya borom yakij zabezpechuye visoku tverdist 1800 2000 HV znosostijkist ta stijkist proti koroziyi v riznih seredovishah siliciyuvannya nasichennya kremniyem sho spriyaye visokij korozijnij stijkosti v morskij vodi a takozh deyakih kislotah Dokladnishe Difuzijna metalizaciyaDiv takozhTermichna obrobkaDzherelaHilchevskij V V Materialoznavstvo i tehnologiya konstrukcijnih materialiv Navchalnij posibnik K Libid 2002 328s ISBN 966 06 0247 2 Lahtin Yu M Osnovy metallovedeniya M Metallurgiya 1988 320 s Himiko termicheskaya obrabotka metallov Uchebnoe posobie dlya vuzov Lahtin Yu M Arzamasov B N M Metallurgiya 1985 256 s Budnik A F Tipove obladnannya termichnih cehiv ta dilnic Navchalnij posibnik nedostupne posilannya z travnya 2019 Sumi Vid vo SumDU 2008 212 s ISBN 978 966 657 185 7 Sedov Yu E Adaskin A M Spravochnik molodogo termista M Vysshaya shkola 1986 239 s Buchinskij M Ya Gorik O V Chernyavskij A M Yahin S V OSNOVI TVORENNYa MAShIN Za redakciyeyu O V Gorika doktora tehnichnih nauk profesora zasluzhenogo pracivnika narodnoyi osviti Ukrayini Harkiv Vid vo NTMT 2017 448 s 52 il ISBN 978 966 2989 39 7PosilannyaTermohimichna obrobka Universalnij slovnik enciklopediya 4 te vid K Teka 2006