Тепловая обработка стали

Рассматривается тепловая обработка стали, в процессе которой происходит изменение не только структуры металла, но и химического состава его поверхностного слоя. Такая обработка носит название химико-термической. При помощи химико-термической обработки в различных слоях металла можно получить неодинаковый химический состав, а следовательно и различные свойства. Существует большое количество изделий, у которых свойства поверхностного слоя металла должны быть иными, чем свойства внутренних слоев. Например, зубья шестерни в процессе работы испытывают сильное трение, поэтому они должны обладать большой твердостью. Однако внутри шестерня должна иметь небольшую твердость и хорошую вязкость, чтобы она не разрушалась от толчков и ударов. Следовательно, шестерня должна быть твердой с поверхности и вязкой в сердцевине.

Можно привести и другой пример. Если изделие работает в морской воде или в среде кислот и щелочей, то необходимо, чтобы его поверхность хорошо сопротивлялась коррозии. Для повышения устойчивости изделия против коррозии требуется определенный химический состав его поверхностного слоя. Вместе с тем внутренние слои металла не входят в соприкосновение с указанными средами и поэтому могут иметь обычный химический состав. Следовательно, и в этом случае химический состав поверхностного и внутреннего слоев металла может быть неодинаков. Таким образом, основной особенностью химико-термической обработки является изменение химического состава поверхностного слоя металла.

В этом и заключается принципиальное отличие ее от обычных видов термической обработки, при которых изменение свойств металла достигается лишь за счет его структурных превращений, химический же состав при этом не изменяется. Каким же путем можно изменить химический состав поверхностного слоя металла? Чтобы изменить химический состав поверхностного слоя, нужно насытить его необходимыми элементами. Это осуществляется в результате контакта поверхности изделия со средой, в которой содержится в большом количестве необходимый элемент. Наилучший контакт достигается при газовой среде.

В результате длительного контакта при высоких температурах изделия со средой происходит проникновение элемента в поверхность изделия на определенную глубину. При этом протекают два процесса: поглощение поверхностью изделия атомов элемента из окружающей среды и диффузия - проникновение в глубь изделия элемента, который был поглощен поверхностью. Наиболее часто поверхность стальных изделий насыщают углеродом или азотом. Химико-термическая обработка чаще всего преследует следующие цели:

1) получить более твердую, износоустойчивую поверхность;

2) получить поверхность, устойчивую против коррозии.

Некоторые виды химико-термической обработки одновременно решают обе задачи. В настоящей главе будут рассмотрены наиболее широко применяемые в машиностроении виды химико-термической обработки стали: цементация, азотирование и цианирование.