Химико-термическая обработка стали (ХТО)

Химико-термической обработкой называется обработка, заклю­чающаяся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали. При ХТО происходит насыщение поверхностного слоя стали соответствующим элементом (С, N, Al, Сr, Si и др.) путем его диффузии из внешней среды при высокой температуре.

Химико-термическая обработка повышает твердость поверхности, износостойкость, кавитационную и коррозионную стойкость, создает наповерхности благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает, надежность и долговечность деталей машин.

ХТО включает три последовательные стадии:

1) диссоциацию и распад химических соединений с образованием активных атомов в насыщающей среде вблизи поверхности детали. Их концентрация зависит от состава и агрегатного состояния насыщающей среды, взаимодействия отдельных составляющих среды между собой, температуры, давления и состава стали;

2) адсорбцию (поглощение) поверхностью металла свободных активных атомов и растворение их в металле;

3) диффузию – перемещение адсорбированных атомов в решетке обрабатываемого металла. Процесс диффузии возможен только при наличии растворимости диффундирующего элемента в обрабатываемом металле при достаточно высокой температуре, обеспечивающей необходимую энергию атомам.

В результате диффузии в поверхностном слое детали достигается высокая концентрация диффундирующего элемента, которая понижается в глубину детали. Толщина δ диффузионного слоя нарастает во времени τ по параболическому закону:

(3)

в котором постоянная к тем больше, чем выше температура процесса, концентрация активных атомов и энергия образования химических соединений, образуемых диффундирующими элементами. После диффузионного насыщения стальные детали могут, при необходимости, подвергаться термической обработке. При этом необходимо учитывать различие в составе и структуре стальной детали в поверхностном слое и сердцевине.