Какие химические вещества используются при термической обработке? Мастерское закаливание и цементация для превосходных металлов

Наиболее распространенные химические вещества, используемые при термической обработке, — это жидкости, такие как вода и масло, для быстрого охлаждения, а также специальные газы внутри печи для целенаправленного изменения химического состава поверхности металла. Хотя термин «химическое вещество» может наводить на мысль о сложной добавке, он часто относится к этим основным агентам, используемым для закалки или создания контролируемой атмосферы.

Основной принцип, который необходимо понять, заключается в том, что химические вещества служат двум различным целям при термической обработке: они либо выступают в качестве среды для контроля скорости охлаждения (закалка), либо в качестве активного агента для изменения поверхностных свойств самого материала.

Две роли химических веществ в термической обработке

Чтобы понять, какое химическое вещество использовать, вы должны сначала определить свою цель. Вы пытаетесь упрочнить всю деталь путем быстрого охлаждения или вы пытаетесь создать твердый, износостойкий поверхностный слой?

Роль 1: Закалочные среды для быстрого охлаждения

Закалка — это процесс очень быстрого охлаждения горячей металлической детали для фиксации определенной кристаллической структуры, обычно для увеличения ее твердости.

«Химическим веществом» здесь является жидкая ванна, известная как закалочная среда.

• Вода: Обеспечивает чрезвычайно высокую скорость охлаждения. Она недорога и эффективна, но может вызывать значительные внутренние напряжения, приводящие к деформации или даже растрескиванию сложных деталей.
• Масло: Охлаждает намного медленнее и мягче, чем вода. Это снижает риск коробления и растрескивания, что делает его распространенным выбором для многих легированных сталей.
• Рассол (соленая вода): Охлаждает даже быстрее, чем обычная вода. Соль помогает предотвратить образование изолирующих паровых пузырьков на поверхности металла, обеспечивая более равномерную и агрессивную закалку.
• Полимеры: Полимерные растворы, смешанные с водой, могут быть разработаны для обеспечения широкого диапазона скоростей охлаждения, находящихся между скоростью воды и масла.

Роль 2: Контролируемая атмосфера для модификации поверхности

Это известно как химико-термическая обработка или цементация. Здесь химическое вещество представляет собой газ, который изменяет химический состав поверхности металла.

Цель состоит в том, чтобы создать деталь с твердой, износостойкой внешней оболочкой (слоем) и более мягкой, прочной внутренней сердцевиной.

• Цементация: Этот процесс добавляет углерод к поверхности низкоуглеродистой стали. Деталь нагревается в герметичной атмосфере, богатой оксидом углерода (CO) или углеродсодержащими газами, такими как метан или пропан.
• Азотирование: Этот процесс добавляет азот к поверхности стали. Деталь нагревается в атмосфере, содержащей азотсодержащий газ, чаще всего аммиак (NH3), который разлагается на поверхности металла.
• Нитроцементация: Как следует из названия, этот процесс добавляет как углерод, так и азот к поверхности, сочетая аспекты двух вышеуказанных процессов для получения уникальных поверхностных свойств.

Эти атмосферные обработки предотвращают нежелательные реакции, такие как потеря углерода (обезуглероживание) или образование окалины (окисление), которые могут ослабить деталь.

Понимание компромиссов

Выбор химического вещества никогда не обходится без последствий. Каждый вариант представляет собой баланс между желаемыми свойствами и потенциальными рисками.

Риски закалки: Твердость против целостности

Более агрессивная закалочная среда, такая как вода или рассол, обеспечивает более высокую твердость. Однако это быстрое изменение температуры создает огромное внутреннее напряжение.

Это напряжение может привести к короблению, деформации или даже растрескиванию детали, особенно если она имеет острые углы или различную толщину. Выбор более медленной закалочной среды, такой как масло, является преднамеренной стратегией для защиты целостности детали за счет некоторой потенциальной твердости.

Контроль атмосферы: Сложность и стоимость

Хотя химико-термическая обработка обеспечивает превосходные поверхностные свойства, она требует сложного оборудования.

Герметичные печи, точное регулирование температуры и тщательное управление потоком газа являются неотъемлемыми условиями. Это увеличивает сложность и стоимость по сравнению с простой операцией нагрева и закалки.

Правильный выбор для вашей цели

Ваше окончательное решение должно основываться на предполагаемом применении компонента.

• Если ваша основная цель — максимальная твердость простой формы: Быстрая закалка в воде или рассоле часто является самым прямым методом.
• Если ваша основная цель — баланс твердости и стабильности размеров: Более медленная, менее интенсивная закалка в масле является стандартом для большинства деталей из легированной стали.
• Если ваша основная цель — создание высокоизносостойкой поверхности: Необходим процесс химико-термической обработки, такой как цементация или азотирование, чтобы фундаментально изменить химический состав поверхности.

В конечном итоге, выбор правильного химического вещества заключается в определении того, нужно ли вам управлять тепловой энергией путем охлаждения или изменять состав поверхности материала.

Сводная таблица:

Роль	Ключевые химикаты	Основное назначение
Закалочная среда	Вода, масло, рассол, полимеры	Контроль скорости охлаждения для достижения твердости
Атмосферный газ	Метан, аммиак, оксид углерода	Изменение химического состава поверхности для износостойкости

Нужна помощь в выборе правильного процесса термической обработки для ваших материалов? KINTEK специализируется на предоставлении точного лабораторного оборудования и расходных материалов, необходимых для эффективной закалки и обработки в контролируемой атмосфере. Наш опыт гарантирует, что вы достигнете идеального баланса твердости, долговечности и стабильности размеров для металлических компонентов вашей лаборатории. Свяжитесь с нашими экспертами сегодня, чтобы оптимизировать результаты вашей термической обработки!