Термообработка стальных изделий является важным технологическим процессом, который позволяет изменять механические свойства стали, улучшать ее структуру и повышать износостойкость. Однако при высоких температурах сталь подвержена окислению, карбидизации и другим химическим изменениям. Чтобы минимизировать эти процессы, используются различные виды защитной среды. В статье рассмотрим основные из них.

1. Газовые среды

Газовые среды представляют собой наиболее распространенный тип защитной среды при термообработке стали. К ним относятся инертные и активные газы, которые предотвращают контакт металла с атмосферным воздухом, предотвращая окисление и другие нежелательные химические реакции.

Водород (H₂): Обладает сильными восстановительными свойствами и используется для термообработки изделий из легированных сталей. Он предотвращает образование оксидных пленок и улучшает чистоту поверхности изделия.

Азот (N₂): Инертный газ, часто применяется для термообработки в низкотемпературных процессах, таких как азотирование и закалка. Азот также может использоваться в смеси с другими газами для регулирования атмосферы в печи.

Углекислый газ (CO₂): Используется для создания восстановительной атмосферы в сочетании с углеродсодержащими газами. Это снижает окисление и помогает контролировать состав углерода в стальном изделии.

Метан (CH₄): Применяется в качестве источника углерода в процессе цементации, где требуется насыщение поверхностного слоя углеродом для повышения твердости.

Аргон (Ar): относится к инертным газам, которые не проявляют активности по отношению к металлам и не вступают в химическую реакцию с ними. Он используется для создания защитной атмосферы в печах, чтобы предотвратить окисление металлов и обеспечить равномерность нагрева.

Аммиак (NH₄): относится к восстановительным газам, которые способны уменьшать окислительные соединения. Он может вступать в реакцию с окислами на поверхности металла и возвращать его к первоначальному состоянию. Аммиак также используется для насыщения поверхности металла азотом, что повышает твёрдость и износостойкость металла, а также улучшает его коррозионную стабильность.

2. Вакуумная среда Вакуумная термообработка проводится в специальных печах, где давление снижено до очень низкого уровня. В таких условиях практически полностью устраняется взаимодействие металла с окружающей средой, что позволяет предотвратить окисление и обезуглероживание. Вакуум особенно эффективен при закалке высоколегированных сталей, где требуется максимально чистая поверхность и минимальные структурные изменения. Также он используется для проведения высокотемпературных процессов, таких как отжиг или синтеризация.

3. Жидкие среды Жидкие среды включают различные расплавы солей, металлов или щелочей. Они создают плотную пленку на поверхности изделия, что препятствует доступу кислорода и других активных газов. Расплавы солей: Чаще всего используются в процессах закалки. Такие среды обладают высокой теплопроводностью, что позволяет эффективно и равномерно охлаждать изделия. Типичные составы включают нитраты, карбонаты и хлориды. Расплавленные металлы: В некоторых случаях, для специальных целей, используются ванны с расплавленными металлами (например, цинком или алюминием). Это позволяет одновременно защитить металл от окисления и обеспечить покрытие.

4. Порошковые среды В процессе термообработки, особенно при цементации или азотировании, могут использоваться твердые порошковые среды. Эти материалы могут как служить источником активных компонентов (например, углерода или азота), так и защищать поверхность изделия от окисления. Примером может служить использование углеродсодержащих порошков для цементации, при которой углерод из порошка диффундирует в поверхность стали, образуя твердую и износостойкую структуру.

Заключение

Выбор защитной среды при термообработке стальных изделий зависит от требуемых свойств конечного продукта, особенностей используемой стали и целей процесса. Газовые, вакуумные, жидкие и порошковые среды обеспечивают различные уровни защиты и взаимодействия с металлом, что позволяет минимизировать нежелательные химические изменения и добиться высококачественной обработки. Правильный подбор среды — залог успешной термообработки, что обеспечивает повышение прочности, долговечности и других эксплуатационных характеристик стали.