Содержание

1. Понятие и сущность химико-термической обработки 3

2. Основные параметры процессов химико-термической обработки 4

3. Назначение и технология видов химико-термической обработки: цементации, азотирования нитроцементации и диффузионной металлизации 5

Список литературы 11

1. Понятие и сущность химико-термической обработки

Химико-термической обработкой называют обработку, заключающуюся в сочетании термического и химического воздействия на металлы и сплавы для изменения химического состава структуры и свойств в поверхностных слоях.

Химико-термическая обработка сводится к насыщению поверхностного слоя стали неметаллами или металлами в процессе выдержки при определенной температуре в активной жидкой или газовой среде.

Химико-термическую обработку широко применяют для упрочнения деталей машин, повышения твердости, износостойкости. Есть несколько направлений этой процедуры.

Основными разновидностями химико-термической обработки являются:

* цементация (насыщение поверхностного слоя углеродом);

* азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом);

* нитроцементация или цианирование (насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);

* диффузионная металлизация (насыщение поверхностного слоя различными металлами).

В зависимости от физико-химического состояния среды, содержащей диффундирующий элемент, различают химико-термическую обработку из газовой, жидкой, твёрдой или паровой фазы (чаще применяются первые 2 метода). Химико-термическая обработка проводится в газовых, вакуумных или в ванных печах. Химико-термической обработке подвергаются изделия из стали, чугуна, чистых металлов, сплавов на основе никеля, молибдена, вольфрама, кобальта, ниобия, меди, алюминия и др.

2. Основные параметры процессов химико-термической обработки

Физико-химические процессы, происходящие вблизи поверхности при химико-термической обработке заключаются в образовании диффундирующего элемента в атомарном состоянии вследствие химических реакций в насыщающей среде или на границе раздела среды с поверхностью металла (при насыщении из газовой или жидкой фазы), сублимации диффундирующего элемента (насыщение из паровой фазы), последующей сорбции атомов элемента поверхностью металла и их диффузии в поверхностные слои металла. Концентрация диффундирующего элемента на поверхности металла, а также структура и свойства диффузионного слоя зависят от метода химико-термической обработки. Глубина диффузии элемента возрастает с повышением температуры (по экспоненциальному закону) и с увеличением продолжительности процесса (по параболическому закону). Диффузионный слой, образующийся при химико-термической деталей, изменяя структурно-энергетическое состояние поверхности, оказывает положительное влияние не только на физико-химические свойства поверхности, но и на объёмные свойства деталей.

В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и микроструктура,

Основными параметрами химико-термической обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки.

В основе любой разновидности химико-термической обработки лежат процессы диссоциации, адсорбции, диффузии.

Диссоциация – получение насыщающего элемента в активированном атомарном состоянии в результате химических реакций, а также испарения.

Например,

Адсорбция – захват поверхностью детали атомов насыщающего элемента.

Адсорбция – всегда экзотермический процесс, приводящий к уменьшению свободной энергии.

Диффузия – перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия.

Для осуществления процессов адсорбции и диффузии необходимо, чтобы насыщающий элемент взаимодействовал с основным металлом, образуя твердые растворы или химические соединения.

Химико-термическая обработка является основным способом поверхностного упрочнения деталей.

 

3. Назначение и технология видов химико-термической обработки: цементации, азотирования нитроцементации и диффузионной металлизации

 

 

Цементация в цветной металлургии, гидрометаллургический процесс, основанный на вытеснении более электроположительных металлов из растворов их соединений менее электроположительными металлами, находящимися в твёрдом состоянии. Например, нормальный электрохимический потенциал меди + 0,344 в, цинка — 0,762 в; эта разность потенциалов позволяет осуществлять реакцию

Cu2+раствор + Zn мeталл > Zn2+раствор + Cuмeталл..

Чем больше разность потенциалов, тем меньше остаточное содержание в растворе осаждаемого металла. Цементацию широко применяют для очистки растворов от примесей и для извлечения металлов из растворов. Процесс может быть применен также для осаждения металлов из расплавленных шлаков.

 Азотирование, насыщение поверхности металлических деталей азотом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости, предела усталости и коррозионной стойкости. А. подвергают сталь, титан, некоторые сплавы, наиболее часто — легированные стали, особенно хромоалюминиевые, а также сталь, содержащую ванадий и молибден.

  Азотирование стали происходит при температуре 500—650 °С в среде аммиака. Выше 400 °С начинается диссоциация аммиака по реакции

NH3 ® 3H + N

Образовавшийся атомарный азот диффундирует в металл, образуя азотистые фазы. При температуре А. ниже 591 °С азотированный слой состоит из трёх фаз (рис.): e — нитрида Fe2N, g' — нитрида Fe4N, a — азотистого