Главная / Теория термической обработки металлов / Химико-термическая и термомеханическая обработки / Химико-термическая обработка / Разновидности химико-термической обработки

Разновидности химико-термической обработки


В промышленности применяют множество способов химико-термической обработки, различающихся диффундирующими элементами, типом и составом внешней среды, химизмом процессов в ней, техникой исполнения и другими признаками.

В зависимости от агрегатного состояния внешней среды, в которую помещают обрабатываемое изделие, различают химико-термическую обработку в твердой, жидкой и газовой средах.

Атомы диффундирующего элемента поступают из твердого вещества в местах прямого контакта его с поверхностью изделия. Этот процесс мало эффективен, и применяют его редко. Обычно твердую среду используют для создания активной газовой или паровой фазы, из которой атомы поступают в изделие.

Например, при цементации в твердом карбюризаторе (древесном угле) атомы углерода, диффундирующие в сталь, образуются из окиси углерода (2СО → C + CO2), а древесный уголь необходим лишь для образования газовой фазы.

Другой пример — диффузионное хромирование в «твердой» среде, когда изделие упаковано с порошком хрома или феррохрома. При нагреве хром испаряется и его атомы поступают в изделие главным образом из паровой фазы, а не в местах прямого контакта порошка с поверхностью изделия.

При химико-термической обработке в жидкой среде атомы элемента, диффундирующего в изделие, образуются в результате химических реакций в расплавленной соли (например, в NaCN при цианировании стали) или непосредственно поступают из расплавленного металла (например, из расплава алюминия при диффузионном алюминировании стали).

При химико-термической обработке в газовой среде диффундирующий элемент образуется в результате реакций диссоциации (СН4 → С + 2Н2), диспропорционирования (2СО → С + СО2), обмена (CrCl2 + Fe → Cr + FeCl2) и восстановления (VCl2 + H2 + 2НСl).

Газовая среда и активная газовая фаза, образующаяся при нагреве изделий в твердой среде, в промышленных процессах служат самыми распространенными поставщиками атомов элементов, которыми обогащаются поверхностные слои изделия.

Для химико-термической обработки наиболее удобна чисто газовая среда: ее состав легко регулировать, она быстро прогревается до заданной температуры, позволяет полностью механизировать и автоматизировать процесс химико-термической обработки и сразу проводить закалку (без повторного нагрева).

Приведенные примеры показывают, что классификация методов химико-термической обработки по агрегатному состоянию среды, в которую помещено изделие, не всегда согласуется с физико-химической сущностью процесса обработки.

Основываясь на физико-химической характеристике активной фазы, поставляющей диффундирующий элемент, Г. Н. Дубинин предложил следующую классификацию методов химико-термической обработки: насыщение из твердой фазы, насыщение из паровой фазы, насыщение из газовой фазы и насыщение из жидкой фазы.

Согласно этой классификации, цементацию стали в твердом карбюризаторе следует относить к методу насыщения из газовой фазы, а диффузионное хромирование в порошке хрома — к методу насыщения из паровой фазы.

По характеру изменения химического состава обрабатываемого изделия все разновидности химико-термической обработки можно разделить на три группы: диффузионное насыщение неметаллами, диффузионное насыщение металлами и диффузионное удаление элементов. Эти группы включают разнообразные промышленные процессы химико-термической обработки.

Разновидности химико-термической обработки

Диффузионное насыщение неметаллами Диффузионное насыщение металлами Диффузионное удаление элементов
Науглероживание (цементация)Алкжинирование (алитирование)Обезводороживание
АзотированиеХромирование диффузионноеОбескислороживание
ЦианированиеХромоалитированиеОбезуглероживание
НитроцементацияЦинкование диффузионноеКомплексное удаление примесей
БорированиеМеднение диффузионное
СилицированиеТитанирование
СульфидированиеБериллизация
СульфоциаинрованиеВанадироваиие
Насыщение кислородом

Каждый процесс химико-термической обработки может осуществляться разными методами (насыщением из газовой, паровой, жидкой или твердой фазы) и в самом разнообразном техническом наполнении (например, с получением активной газовой фазы в рабочем пространстве печи или в отдельном генераторе и т. п.).

Подробный анализ этих процессов можно найти в монографиях А. Н. Минкевича, Ю. М. Лахтина и Г. Н. Дубинина. Ниже в качестве примеров кратко рассмотрены некоторые типичные разновидности химико-термической обработки. Эти примеры относятся главным образом к сталям, так как химико-термическая обработка чугунов и цветных металлов и сплавов в промышленности применяется несравненно реже.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков