Общие закономерности

Химико-термической обработкой (ХТО) называют обработку, заключающуюся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали в необходимом направлении. При этом происходит насыщение металлического материала соответствующим элементом (C, N, D, Al, Cr, Si, Ti и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды (твердой, газовой, паровой и жидкой) при высокой температуре.

Широкое применение ХТО в различных областях техники объясняется тем, что большинство деталей машин и механизмов работают в условиях износа, кавитации, циклических нагрузок, коррозии при криогенных или высоких температурах, при которых максимальные напряжения возникают в поверхностных слоях металла. ХТО металлов и сплавов, как с целью их поверхностного упрочнения, так и для защиты от коррозии повышает надежность и долговечность деталей машин.

ХТО включает следующие основные, взаимосвязанные стадии:

1) образование активных атомов в насыщающей среде и диффузию их к поверхности обрабатываемого металла;

2) адсорбцию образовавшихся активных атомов поверхностного насыщения;

3) диффузию – перемещение адсорбированных атомов внутри металла.

Развитие процесса диффузии приводит к образованию диффузионного слоя, под которым понимают слой материала детали у поверхности насыщения, отличающийся от исходного по химическому составу, а значит, структуре и свойствам.

Материал детали под диффузионным слоем, не затронутый воздействием насыщающей активной среды, называется сердцевиной. Кратчайшее расстояние от поверхности насыщения до сердцевины составляет общую толщину диффузионного слоя.

При контроле ХТО чаще пользуются эффективной толщиной диффузного слоя.

Прилегающую к сердцевине внутреннюю часть диффузионного слоя, протяженность которой определяется разностью общей и эффективной толщин, называют переходной зоной диффузионного слоя).

Важнейший этап ХТО – диффузия.

В металлах при образовании твердых растворов замещения диффузия в основном происходит по вакансионному механизму.

При образовании твердых растворов внедрения реализуется механизм диффузии по междоузлиям.