| Главная |
| Поиск по сайту |
Адрес этой страницы' ?>
<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>
III. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ.
Сущность химико-термической обработки заключается в изменении химического состава поверхностного слоя металла с целью повышения прочности, твердости и износостойкости деталей. Изменение химического состава происходит путем насыщения поверхности различными элементами: углеродом, азотом и др., для чего необходима повышенная температура. Отсюда и название процесса — химико-термическая обработка.
По сравнению с другими методами поверхностного упрочнения (высокочастотной и газопламенной закалкой) химико-термическая обработка имеет следующие преимущества:
1) обеспечивает получение более высокой твердости и износостойкости поверхности благодаря изменению химического состава:
2) позволяет обрабатывать детали любой формы;
3) обеспечивает получение равномерной по всей поверхности детали толщины слоя;
4) позволяет более точно получить заданную толщину слоя.
В промышленности применяют несколько видов химико-термической обработки. Они получили название в зависимости от того, каким элементом производится насыщение поверхности детали: цементация — насыщение углеродом, азотирование — азотом, цианирование — одновременное насыщение углеродом и азотом. Наибольшее распространение имеют цементация и цианирование.
Как же происходит насыщение поверхности различными элементами? Иначе говоря, каким образом углерод, азот и другие элементы могут проникать через поверхность в глубь металла? Это происходит путем диффузии, и все процессы химико-термической обработки являются диффузионными. Процесс диффузии осуществляется следующим образом.
Представим себе атомную решетку металла. В реальных условиях такая решетка не имеет идеально правильного геометрического строения. Отдельные места оказываются не занятыми атомами. Такие места называют вакансиями. В иных местах атомы могут располагаться в межузлиях решетки. Чем выше температура металла, тем больше возникает вакансий и межузельных атомов. Атомы углерода и азота имеют сравнительно небольшой радиус, и потому они способны внедряться в межузлия железа, образуя твердый раствор внедрения. При повышении температуры внедренные атомы приобретают достаточно большую энергию и могут перемещаться по вакансиям или в межузлиях атомной решетки (рис. 56). Чем выше температура, тем больше подвижность атомов и тем скорее идет диффузия. Перемещение атомов всегда происходит от мест, где их концентрация больше, к местам с меньшей концентрацией.
Рис. 56. Схема перемещения атомов при диффузии:
а — по вакансиям; б — по межузлиям; 1—4 — последовательность перемещения атомов
В условиях химико-термической обработки атомы элемента, которым производится насыщение, непрерывно поступают из окружающей среды к поверхности детали, и потому концентрация их у поверхности всегда больше. Следовательно, перемещение этих атомов должно происходить от поверхности в глубь детали.
Остается выяснить, каким образом окружающая среда обеспечивает поступление атомов к поверхности детали. При газовой цементации, например, такой средой может быть природный газ, состоящий в основном из метана (СН4). Под действием высокой температуры этот газ разлагается (диссоциирует) по реакции СН4 — Cат + 2H2
В результате диссоциации образуется атомарный углерод. Благодаря силам межатомного взаимодействия этот углерод как бы притягивается атомами металла, расположенными на поверхности детали. Такое явление называется адсорбцией. В дальнейшем под действием высокой температуры атомы углерода перемещаются в глубь металла, т. е. происходит диффузия. Все описанные процессы будут происходить и при других видах химико-термической обработки — азотировании, цианировании.
Иными словами, любой вид химико-термической обработки слагается из трех последовательных стадий:
1) диссоциации,
2) адсорбции,
3) диффузии.
Следовательно, управлять процессами химико-термической обработки можно, воздействуя на эти три стадии. Известно, например, что изменение температуры очень сильно влияет на скорость диффузии, поэтому, повышая температуру, можно значительно ускорить процесс химико-термической обработки. Так как окалина и загрязнения на поверхности деталей препятствуют адсорбции, детали должны поступать на химико-термическую обработку с чистой поверхностью.