Химико-термическая обработка (ХТО)

Целью ХТО является создание на стальной поверхности тонкого легированного слоя за счет диффузии извне легирующих элементов. Поверхность может быть подвергнута закалке, когда поверхностный слой приобретает высокую твердость (до 60 единиц по шкале Роквелла и более). К ХТО относят: цементирование, азотирование, борирование, насыщение хромом, никелем, цианирование (насыщение одновременно азотом и углеродом), борохромирование (одновременное насыщение бором и хромом), карбоборирование (одновременное насыщение углеродом и бором) и др.

Толщина упрочненного слоя может превышать 2 мм. Химико-термическая обработка получила наибольшее распространение как метод упрочнения поверхностей из-за простоты, доступности и высокой эффективности.

Поверхностная закалка

Эта операция сопровождает химико-термическую обработку, а также имеет и самостоятельное значение - она применяется для образования твердого износостойкого слоя на поверхности деталей из средне- и высокоуглеродных сталей и некоторых чугунов. Ей предшествует объемная термообработка: нормализация или объемная закалка и высокий отпуск. Поверхностная закалка состоит из двух операций: нагрева поверхностного слоя и быстрого его охлаждения. По способу нагрева различают следующие методы поверхностной закалки: высокочастотный, контактный, плазменный, при нагреве в электролите, лазерный. Наиболее распространенным и эффективным является высокочастотный метод нагрева.

Электрохимические покрытия

В современной технологии широко используется метод электролиза. Чаще всего применяются электролитическое хромирование, серебрение, нанесение покрытия из олова, свинца, цинка, индия и сплавов легкоплавких металлов. Вещества могут наноситься и как рабочие слои, и как элементы многослойных покрытий.

Ведущим методом является хромирование с целью повышения износостойкости. Хром обладает высокой твердостью, хорошим сцеплением со сталью и высокой химической стойкостью. Все элементы подшипников качения подвергаются хромированию.

Химическая обработка

Данный метод предназначен для создания защитных слоев за счет химических реакций. Большой интерес представляют никель-фосфорные покрытия, получаемые за счет выделения металлов из раствора их солей с помощью химических препаратов - восстановителей. Покрытие содержит 92-95 % Ni и 5-8 % Р. Прочность сцепления с основой возрастает за счет термообработки покрытия. Термообработка также повышает твердость и антикоррозийность. Покрытия хорошо прирабатываются, причем в ходе приработки вследствие высокой пластичности материал покрытия с вершин выступов частично перетекает во впадины микрорельефа. Увеличивается фактическая площадь контакта и снижаются контактные напряжения. Однако покрытия имеют низкую стойкость к циклическому нагружению и способны отслаиваться.

Значительное место в технологии повышения износостойкости занимают оксидирование и фосфатирование. Оксидирование - это искусственное создание оксидной пленки.Прогрессивным способом химической обработки поверхностей деталей является фосфатирование - формирование пленки из нерастворимых фосфорнокислых солей.

Механотермическая обработка

Метод заключается в том, что защитный слой кристаллизуется из расплава в стесненных условиях под нагрузкой. При этом в нем отсутствуют полости и сквозные поры, основной металл практически не подплавляется и не попадает в наплавляемый слой, который надежно соединяется с основой. Используют две технологические схемы: фрикционное и электроконтактное формование.

Первая технологическая схема включает в себя прижатие с определенным усилием к поверхности детали сухарей из материала будущего покрытия. Возможен и другой вариант: с помощью пуансона прижимается брикет из гранул или стружки. Затем покрываемая поверхность с заданной скоростью приводится в циклическое движение. Наносимый материал трется о поверхность детали, на границе выделяется теплота. В какой-то момент времени температура контакта достигает точки плавления. Плавление, а следовательно, формирование износостойкого слоя происходит под давлением от 5 до 100 МПа при скорости скольжения 1-8 м/с. При этом время формирования слоя составляет 5-70 с. Таким способом создается покрытие толщиной от 0,5 до 10 мм. На стальную основу наносятся слои из медных, алюминиевых и других сплавов. Однако этот метод имеет ряд ограничений. Он применим для деталей цилиндрической формы, приводимых во вращение. Причем температура плавления материала покрытия должна быть меньше, чем у материала основы. Также метод успешно используется для создания медного покрытия на поверхностях гильз цилиндров ДВС, что стимулирует возникновение режима избирательного переноса. При испытаниях пара цилиндр - поршень практически не изнашивается.

При электроконтактном формировании тепло выделяется в результате прохождения электрического тока через обладающий большим сопротивлением гранулированный материал, прижимаемый с заданным давлением к поверхности детали. Здесь форма поверхности детали может быть любой. Температурные ограничения тоже отсутствуют. Этим методом на сталь наносится широкий спектр материалов: легированные стали, твердые сплавы, износостойкие композиции.