Хіміко-термічною обробкою (ХТО) називають процес зміни хімічного складу, мікроструктури та властивостей поверхневого шару заготовки під дією теплоти.
Хіміко-термічна обробка полягає у дифузійному насиченні поверхневих шарів сталевих виробів різними елементами для зміни структури і властивостей.
Цей вид обробки ґрунтується на дифузії (проникненні) в атомно-кристалічну ґратку заліза атомів інших хімічних елементів при нагріванні сталевих виробів у середовищі, багатому на ці елементи.
Основними видами хіміко-термічної обробки є цементація, азотування, ціанування і дифузійна металізація. Крім цих видів застосовують хромування, алітування (насичення алюмінієм), силіціювання (насичення силіцієм) та ін.
Азотування — це процес насичення поверхневих шарів сталей азотом для підвищення твердості (1100... 1200 НВ), стійкості до спрацювання і корозії.
Азотування застосовують при виготовленні точних деталей дизельної апаратури, вимірювальних інструментів, поршневих пальців авіадвигунів, шестерень, гільз циліндрів, клапанів. Процес азотування проводять у спеціальних герметичних печах за температури 500...650 °С. Через піч пропускають аміак NH3, попередньо підсушений хлоридом кальцію. Внаслідок дисоціації аміаку атомарний азот, який дифундує в сталь, утворює з її компонентами дуже тверді сполуки — нітриди (Α1Ν, M02N, VN). Тому азотована поверхня (1200 НВ) твердіша за цементовану (900 НВ) і, крім того, має підвищену корозійну стійкість. Азотування зазнають готові вироби, які вже пройшли термічну обробку (гартування з високим відпусканням) і були відшліфовані до точних розмірів. Азотуванню піддають сталі, які містять хром, молібден, ванадій, титан тощо (наприклад, 35ХМА).
Одним із недоліків азотування є його значна тривалість (до 90 год). За цей час утворюється зміцнений шар, глибина якого досягає 0,9 мм.
Ціанування — процес одночасного насичення поверхневого шару сталі вуглецем і азотом для підвищення твердості, стійкості до спрацювання і корозії.
Співвідношення між кількістю вуглецю й азоту в поверхневих шарах можна регулювати зміною температури цього процесу. При зниженні температури (500...600 °С) відбувається насичення переважно азотом, а при підвищенні (800...950 °С) — вуглецем.
Застосовують два види ціанування: рідке і газове.
Рідке ціанування проводять у ваннах з розплавлених ціанистих солей за температури 820...850 °С. Витримування впродовж 0,5... 1,0 год забезпечує глибину ціанування 0,15...0,30 мм. Після ціанування поверхневий шар сталі містить близько 0,5...0,7% С і 0,6...0,8%Ν.
Переваги рідкого ціанування: мала витрата часу, дуже висока твердість і стійкість до спрацювання; недоліками є висока вартість і отруйність ціанистих солей.
Газове ціанування полягає в тому, що деталі нагрівають у суміші газів, до складу яких входять вуглець і азот (наприклад, CO + ΝΗ3).
Температура нагрівання 800...950 °С, час витримування 0,5...3,0 год. Газове ціанування часто називають нітроцементацією.
Перевагами газового ціанування є безпечність роботи, можливість точного регулювання глибини ціанування і автоматизації процесу.
При виготовленні деталей (поршневих пальців, втулок і пальців ресор) у ремонтних підприємствах і майстернях проводять тверде ціанування. Деталі змащують спеціальною пастою шаром завтовшки 3... 4 мм. Після висушування вироби укладають у металеві ящики з піском і ставлять у піч з температурою 900...930 °С. Після належного витримування деталі загартовують, охолоджують у воді або мінеральній оливі.
Дифузійна металізація — процес насичення поверхневого шару сталі алюмінієм (алітування), хромом (хромування), силіцієм (силіціювання) та іншими металами.
Алітування — це поверхневе насичення сталевих і чавунних виробів алюмінієм з утворенням твердого розчину алюмінію в залізі і підвищення жаростійкості. Його застосовують переважно для деталей, які працюють за високих температура (колошників, деталей муфельних печей та ін.).
Для алітування деталі укладають в ящик і пересипають сумішшю порошків: 49 % алюмінію, 49 % оксиду алюмінію і 2 % хлориду амонію. Закриті і обмазані глиною ящики витримують у полуменевих печах за температури 900... 1100 °С протягом 5... 10 год.
Хромування — насичення поверхневих шарів виробів хромом з метою підвищення твердості, стійкості до спрацювання і корозії Хромування може відбуватися в твердому, рідкому і газоподібному середовищі.
При твердому хромуванні деталі пересипають порошком такого складу: 65 % ферохрому, ЗО % глинозему, 5 % хлориду амонію. Температура хромування 1000... 1160°С; час витримування 7... 12 год, глибина шару хромування 0,10...0,25 мм.
Силіціювання — насичення поверхневого шару сталевих виробів силіцієм для підвищення стійкості до корозії і розчинення в кислотах. Застосовують для деталей, які використовуються в хімічній промисловості.
