Хіміко-термічною обробкою називається процес дифузійного насичення поверхневого шару деталей на невелику глибину різними елементами (вуглецем, азотом, хромом і ін.) При нагріванні. Насичення поверхневого шару деталі вуглецем називають цементацией, азотом - азотуванням, одночасно вуглецем і азотом - ціануванням або нитроцементацией, металом - дифузійної металізацією.
Цементація полягає в нагріванні металевого виробу в середовищі, легко віддає вуглець (деревне вугілля, природні гази і ін.). Мета цементації - підвищення твердості, зносостійкості поверхні деталі після гарту. Цементації піддають деталі, виготовлені з маловуглецевих сталей (0,1-0,3% С) марок 10, 15, 20 або легованих маловуглецевих сталей 15Х, 20Х, 18ХГТ і ін. Цементацію проводять в твердих і газоподібних вуглецевих середовищах.
Цементація в твердому середовищі (карбюризаторі) полягає в наступному. Карбюризатором служать дрібні шматки деревного вугілля, покриті вуглекислими солями барію і натрію, які прискорюють процес цементації. Деталі поміщають в спеціальний сталевий ящик, засипають з усіх боків карбюризатором і ящик накривають кришкою. Відстань між деталями і стінками ящика має бути не менше 10-15 мм.
Щоб не було доступу повітря, роз'єм ящика обмазують глиною. Потім ящик поміщають в термічну піч і нагрівають До температури 900-950 ° С протягом 7-10 год. При цій температурі деревне вугілля розкладається і атоми вуглецю Насичують поверхні деталей на глибину 0,7- 1,5 мм. Ящик після цементації охолоджують на повітрі до температури 300-400 ° С, витягають з нього деталі, після чого виробляють термічну обробку деталей, як правило, загартування з наступним низьким відпусткою.
Газова цементація здійснюється нагріванням виробів в середовищі вуглецевих газів (природний газ або пропан-бутанова суміш). Газова цементація - більш ефективний процес, ніж цементація в карбюризаторі, так як відпадає необхідність в ящиках, ко-торие слід нагрівати, процес легше автоматизується і економічніший. Крім того, можна безпосередньо з печі, де виробляється цементація, виконувати термообробку деталей. Час на процес цементації і термообробки скорочується більш ніж в два рази.
Цементації піддаються сталеві деталі, що працюють на стирання і відчувають ударні навантаження: валики, зубчасті колеса, поршневі пальці, кулачки, пальці ланок гусениць і ін. Азотування здійснюється в середовищі газоподібного аміаку при температурі 500-650 ° С. При цих температурах аміак NH3 розкладається на азот і водень 2NH3 -> - 2N + 6Н. Утворився атомарний азот проникає в поверхневий шар деталі і утворює з залізом і іншими елементами тверді сполуки - нітриди Fe4N, Fe3N, Cr2N, A1N і ін.
В результаті азотування підвищуються твердість, зносостійкість, корозійна стійкість поверхні деталі. Азотуванню піддають деталі, виготовлені з середньовуглецевих легованих сталей марок 35ХМЮА і 38ХМЮА, які набувають особливо високу твердість і зносостійкість.
Твердість азотированного шару зберігається при нагріванні до температури 600-650 ° С, а твердість цементованого шару-до температури 200-220 ° С. азотування піддають шестерні, циліндри потужних двигунів, шийки колінчастих валів, багато деталей верстатів.
Ціанування проводять в ваннах розплавлених солей, що містять ціаністий натрій NaCN при, температурі 820-950 ° С. Поверхня деталей насичується азотом і вуглецем на невелику глибину (0,15 0,35 мм). В результаті ціанування підвищуються твердість і зносостійкість. Через отруйності ціаністих солей і високу вартість процесу ціанування замінюють нитроцементацией.
При нітроцементації вироби нагрівають протягом 2-10 год при температурі 850-870 ° С в газовій суміші, що складається з науглероживается газу і аміаку. Поверхневий шар вироби насичується азотом і вуглецем на глибину 0,25-1 мм. За будовою і властивостями утворюється при нітроцементації поверхневий шар схожий з ціановані шаром. Після нітроцементації виробляють загартування. Нітроцементації піддають деталі складної конфігурації, наприклад всілякі шестерні, схильні до викривлення, шестерні приводу масляного насоса в автомобілебудуванні, пальці задніх ресор, валики і т. Д.
Дифузійна металізація - насичення поверхневого шару деталей металами (легирующими елементами) - хромом, алюмінієм, кремнієм, бором і ін. Мета дифузійної металізації - підвищення жаростійкості, корозійної стійкості, зносостійкості і твердості. Процеси відбуваються при температурі 900- 1150 ° С. Вироби поміщають в порошкоподібні суміші заліза з легуючими елементами.
Для створення захисної від окислення середовища в порошкоподібні суміші додають хлорид амонію NH4C1. Більш ефективно диффузионная металлизация проходить при використанні замість порошкоподібних сумішей заліза з легуючими елементами відповідних хлористих сполук легуючих металів (А1С1з, СгС12, SiCU і т. Д.), Які при високих температурах диссоциируют і легуючими металами насичують поверхню виробів.
Тривалість металізації становить 6-12 год. Залежно від насичує елемента процес дифузійної металізації має певну назву, так насичення хромом - хромування, алюмінієм - алитирование, кремнієм - силицирование, бором - борирование і т. Д.