Химическая термическая обработка: Определение, классификация и характеристики

Определение химико-термической обработки

Химико-термическая обработка - это процесс, при котором заготовки из металла или сплава нагреваются в соответствующей активной среде для изоляции, в результате чего один или несколько элементов проникают в поверхностный слой и изменяют его химический состав, структуру и характеристики.

Химическая термообработка, также известная как "поверхностная диффузия" или "термодиффузия", включает в себя размещение металлические материалы или частей в твердой, жидкой или газовой среде, содержащей один или несколько химических элементов.

Затем материалы нагреваются до определенной температуры в печи, что позволяет этим элементам проникнуть на поверхность металла в результате разложения, адсорбции, твердого раствора и комбинированной реакции средних пиролизатов на поверхности металла. Элементы постепенно проникают в металлический материал за счет термической диффузии, образуя на поверхности металла слой, насыщенный одним или несколькими элементами сплава.

Технология химико-термической обработки играет важную роль в современной промышленности благодаря своей способности значительно улучшать эксплуатационные характеристики заготовок.

Создавая твердую поверхность и жесткую внутреннюю поверхность, она может улучшить различные механические свойства, включая высокую прочность, высокую твердость, высокую износостойкость, противозадирные свойства, противоусталостные свойства и особую коррозионную стойкость. Она также может улучшить физические и химические свойства поверхности заготовки, например, стойкость к высокотемпературному окислению.

Важно отметить, что заготовка должна сохранять свои первоначальные пластические и вязкие свойства для повышения долговечности деталей машин в сложных условиях работы. Поэтому химико-термическая обработка широко используется для достижения специфических требований в самых разных областях промышленности.

Основные характеристики химико-термической обработки включают:

• Твердая диффузионная инфильтрация, которая не только изменяет химический состав поверхностного слоя заготовки, но и модифицирует его структуру.
• Наличие диффузионного слоя между инфильтрационным слоем и матрицей, который может обеспечить свойства, труднодостижимые при использовании одного материала, или дополнительно улучшить характеристики заготовки.
• Химическая термообработка происходит под действием градиента концентрации.
• Структура инфильтрационного слоя, образованного в результате химико-термической обработки, соответствует фазовой диаграмме.
• Его структура непрерывна и классифицируется как металлургическая комбинация.

Классификация химико-термической обработки

1. Классификация по типу инфильтрированных элементов

Это можно разделить на несколько методов, включая науглероживание, азотированиеБорирование, алюминирование, сульфирование, карбонитрирование, науглероживание композитов и многое другое.

2. Классификация по типу и порядку инфильтрированных элементов

1. Одноэлементная инфильтрация

Например, науглероживание (единичное науглероживание), борирование (единичное борирование) и т.д.

2. Бинарное проникновение.

Процесс одновременного проникновения в два элемента называется двойным проникновением.

При одновременной инфильтрации углерода и азота этот процесс называется карбонитрированием (также сокращенно карбонитрированием). Аналогично, процесс одновременной инфильтрации бора и алюминия называется алюминированием бора (также сокращенно - алюминирование бора).

3. Многоэлементное проникновение.

Многоэлементное проникновение означает одновременное проникновение более двух элементов.

В частности, когда углерод, азот и бор проникают в материал одновременно, это называется карбонитрированием.

4. Бинарный композитный инфильтрат.

Просачивание материала с двумя элементами называется двухэлементной композитной инфильтрацией.

Например, если вольфрам и углерод инфильтрируются последовательно, процесс известен как инфильтрация бинарного композита вольфрам-углерод.

5. Многоэлементная композитная инфильтрация.

Многоэлементная композитная инфильтрация предполагает последовательную инфильтрацию более чем двух элементов.

Например, тройная композитная инфильтрация азота, углерода и серы является разновидностью многоэлементной композитной инфильтрации.

3. Классификация по состоянию проникающих элементов активной среды

1. Твердый метод

Включая метод наполнения порошком, метод пасты (суспензии), метод электрического циклона и т.д.

2. Жидкий метод

В том числе метод соляной ванны, метод электролитической соляной ванны, метод электролиза водного раствора и т.д.

3. Газовый метод

В том числе вакуумный метод, метод твердого газа, метод непрямого газа, метод мобильной ионной печи и т.д.

4. Метод ионной бомбардировки

К ним относятся науглероживание ионной бомбардировкой, азотирование ионной бомбардировкой, металлизация ионной бомбардировкой и т.д.

4. Классификация по характеристикам изменения химического состава поверхности

Диффузионную инфильтрацию можно разделить на четыре категории:

• Проникновение различных неметаллические элементы.
• Проникновение различных металлические элементы.
• Одновременная инфильтрация металлических и неметаллических элементов.
• Диффузия для удаления примесных элементов и др.

5. Классификация по фазовой структуре, образованной проникающими элементами и элементами в стали

В процессе модификации поверхности стали участвуют два механизма. Первый механизм заключается в образовании твердых растворов путем растворения проникающих элементов в решетке элементов растворителя. К этому механизму относятся науглероживание, карбонитрирование и другие подобные процессы.

Второй механизм - реакционная диффузия, которая имеет два подтипа.

В первом подтипе проникающие элементы вступают в реакцию с элементами, присутствующими в стали, образуя упорядоченные фазы, также известные как соединения металлов. Примером этого подтипа является азотирование, обычно называемое азотированием.

Второй подтип возникает, когда растворимость проникающих элементов в решетке элементов растворителя очень низкая. В этом случае проникающие элементы вступают в реакцию с элементами, присутствующими в стали, образуя составные фазы. Примером этого подтипа является борирование.

6. Классифицировать по влиянию/назначению элементов инфильтрации на свойства поверхности стальных деталей

• Повышает твердость и прочность, усталостная прочность, и износостойкость поверхности заготовки с помощью таких методов, как науглероживание, азотирование, карбонитрирование и другие.
• Повышение твердости и износостойкости поверхности заготовки с помощью таких методов, как борирование, ванадирование, ниобиевое покрытие и др.
• Снижение коэффициента трения и повышение стойкости поверхности заготовки против задиров и царапин с помощью таких методов, как сульфурирование, оксинитрирование и серо-азотная обработка.
• Повышение коррозионной стойкости поверхности заготовки с помощью таких методов, как силицирование, хромирование, азотирование и др.
• Повышение стойкости поверхности заготовки к высокотемпературному окислению с помощью таких методов, как алюминирование, хромирование, силицирование и др.

7. Классификация по состоянию структуры стали при химико-термической обработке

Таблица 1 Классификационная таблица, сформированная в соответствии с состоянием структуры стали

В таблице 1 показано, что температура химико-термической обработки стали в ферритном состоянии обычно ниже 600℃, что называется низкотемпературной химико-термической обработкой.

С другой стороны, температура химико-термической обработки стали в аустенитном состоянии обычно превышает 600℃, что известно как высокотемпературная химико-термическая обработка.

Низкотемпературные процессы химико-термической обработки обладают рядом преимуществ, включая более низкую температуру обработки, энергоэффективность, минимальное искажение заготовки, повышенную коррозионную стойкость и антизадирные свойства, повышенную твердость, а также лучшие износостойкие и антифрикционные характеристики.

Кроме того, как видно из таблицы 1, химико-термическая обработка стали обычно называется в соответствии с инфильтрацией различных элементов, например науглероживание, азотирование, карбонитрирование и так далее.

Характеристики химико-термической обработки

По сравнению с методы упрочнения поверхности таких как поверхностное закаливание и поверхностное деформационное упрочнение, он обладает следующими характеристиками.

• Благодаря введению различных элементов можно эффективно изменять химический состав и структуру поверхности заготовки для достижения различных свойств поверхности, что позволяет удовлетворить требования к рабочим характеристикам заготовки в различных условиях эксплуатации.
• Глубина науглероживающего слоя при обычной химико-термической обработке может регулироваться в зависимости от технических характеристик заготовки, а состав, структура и характеристики науглероживающего слоя постепенно меняются от поверхности к внутренней части. Науглероженный слой и матрица связаны металлургической связью, что обеспечивает прочное соединение и предотвращает отслаивание поверхностного слоя.
• Химико-термическая обработка обычно не ограничивается геометрической формой заготовки. Независимо от формы, оболочка и внутренняя полость могут получить необходимый слой проникновения или локальный слой проникновения. В отличие от этого, поверхностная закалка, прокатка, холодное прессование, холодная прокатка и другие виды упрочняющей холодной обработки ограничены формой заготовки.
• Подавляющее большинство видов химико-термической обработки имеют малую деформацию заготовки, высокую точность, хорошую стабильность размеров и другие преимущества. Такие процессы, как азотирование, мягкое азотирование, ионное азотирование и другие, позволяют заготовке сохранять высокую точность, низкую шероховатость поверхностии хорошей стабильностью размеров.
• Химическая термообработка может комплексно улучшить свойства поверхности заготовки. Большинство видов химико-термической обработки могут повысить коррозионную стойкость, стойкость к окислению, уменьшить трение, противозадирную стойкость, коррозионную стойкость и другие свойства поверхностного слоя заготовки, улучшая при этом механические свойства поверхности.
• Общая химико-термическая обработка оказывает более значительное влияние на повышение качества механических изделий, раскрытие потенциала материалов и продление срока службы. Таким образом, она позволяет экономить драгоценные металлические материалы, снижать расходы и увеличивать экономическую выгоду.
• Большинство видов химико-термической обработки представляет собой сложный физический, химический и металлургический процесс. Нагрев должен осуществляться в определенной активной среде за счет физико-химических реакций на границе раздела фаз и металлургической диффузии из внешней среды во внутреннюю. В результате процесс сложный, цикл обработки длительный, а требования к оборудованию высокие.

Заключение

Эта статья посвящена определению, классификации и характеристикам химико-термической обработки.

Предоставляя эту фундаментальную информацию, мы надеемся, что читатели смогут глубже понять предмет.