Цементацию широко применяют в машиностроении для повышения твердости и износостойкости изделий с сохранением высокой вязкости их сердцевины. Цементации подвергают качественные стали 08, 10, 15, 20, легированные стали 12ХНЗА, 18ХГТ и др. Основное назначение легирования — повышение прокаливаемости сердцевины изделия после цементации.

Азотирование стальных изделий проводят в аммиаке, который при нагреве диссоциирует и поставляет активный атомарный азот.

С помощью азотирования повышают твердость стали, износостойкость, предел выносливости, а также ее коррозионную стойкость.

Азотирование с целью повышения твердости и износостойкости применяют к деталям из стали типа 38ХМ10А. Перед азотированием изделия подвергают закалке и высокому отпуску для повышения их прочности и вязкости сердцевины. Азотирование проводят при 500- 520 °С. Процесс длителен (24-90 ч.). Толщина азотированного слоя составляет при этом 0,3-0,6 мм. При увеличении температуры и сокращении времени азотирования резко падает твердость. В связи с длительностью процесса он применяется только к изделиям ответственного назначения.

Для повышения коррозионной стойкости азотированию подвергаются детали из разных сталей (главным образом, углеродистых). Так как большая твердость здесь не требуется, температуру процесса выбирают 600-700 °С. Продолжительность такого процесса — от 15 мин. до 10 ч., некоторое применение нашло азотирование деталей из высокопрочных чугунов и титановых сплавов. Процесс азотирования обеспечивает большую твердость, чем цементация, и не выдает искажений геометрических размеров деталей.

Цианирование — это процесс насыщения поверхности изделия одновременно углеродом и азотом в расплавленной цианистой соли (то же в газовой среде — нитроцементация). Соотношение углерода и азота в диффузионном слое можно регулировать, изменяя температуру процесса и состав среды.

Цианирование стали проводят в ванне, содержащей NaCN, при 820-960 °С в течение 30-90 мин. Преимущества по сравнению с цементацией— меньшая продолжительность процесса и более высокие эксплуатационные свойства изделий.

Нитроцементацию, называемую также газовым цианированием, проводят при 850-870 °С в течение 2-10 ч. в среде, содержащей аммиак и науглероживающий газ. По сравнению с газовой цементацией она протекает при меньших температурах, а следовательно, меньше растет зерно стали, меньше коробление и выше эксплуатационные свойства.

Сулъфидирование и сулъфоцианирование — это процессы обработки стальных деталей. Образование на их поверхности сульфидов обеспечивает быструю приработку пар трения, повышение износостойкости и коррозионной стойкости изделий (например, деталей насосов и турбин).

Насыщение серой производят: в газовых средах при температуре 560 °С в атмосфере аммиака с вспрыскиванием серомасляной эмульсией; в порошковых средах при 900 °С, содержащих сернистое железо; в жидких средах, содержащих расплавленные сульфиты.
Борирование — процесс насыщения поверхности деталей бором; известно борирование в порошкообразных смесях, электролизное борирование, жидкостное борирование, газовое борирование, вакуумное борирование.

Для диффузионного борирования в порошкообразных смесях применяют аморфный бор, карбид бора, ферробор и др. Процесс подобен цементации и проводится при температуре 950-1100 °С. Электролизное борирование получило наибольшее распространение в промышленности. Оно заключается в помещении изделий (катод) в расплавленную буру или другую боросодержащую среду. Анодом являются графитные стержни. Температура насыщения 900-950 °С.

Жидкостное борирование проводят в обычных печах-ваннах в расплаве буры, а газовое — в газообразных соединениях бора (диборан, треххлористон бора) при температуре 700-950 °С. Широкое применение борирование находит на заводах нефтяного машиностроения- Так, износостойкость борированных деталей буровых насосов, работающих в условиях абразивно-жидкостного трения, в 10 раз выше по сравнению с серийными (термообработанными) и в 4-5 раз выше по сравнению с цианированными.

Силицирование — процесс насыщения поверхности детали кремнием. При диффузии кремния в сталь на ее поверхности образуются силицидные слои, имеющие высокую стойкость против действия кислот, расплавов солей, большую жаростойкость. Эти качества позволили применять силицирование для обработки деталей химической, нефтяной и некоторых других промышленностей.

Порошкообразными активными средами для силицирования являются ферросилиций или кремний с добавкой окиси алюминия. Силицирование в жидких средах осуществляется в расплаве хлористого бария, к которому добавляют ферросилиций. Газовое силицирование осуществляют при использовании жидкого четыреххлористого кремния, переносимого азотом или аргоном в рабочее пространство печи, заполненное хлором или хлористым водородом. Температура силицирования 950-1200 °С.

Диффузионное насыщение металлами. Металлы медленнее, чем неметаллы, диффундируют в поверхностный слой изделия. Как правило, насыщение металлами проводят при более высоких температурах, чем неметаллами. В связи с разработкой высокопроизводительных способов нанесения металлов на стальные изделия (гальванические, напыление и др.) диффузионные покрытия применяются сравнительно редко, они отличаются длительностью процесса насыщения и дороговизной порошкообразных смесей. Область применения диффузионных металлических покрытий включает материалы, нанесение которых другими способами затруднительно, а также такие специфические свойства образующихся диффузионных слоев, которые нельзя получить более экономичными методами. Типичные примеры — алитирование и хромирование.

Алитирование (алюминирование) применяют для повышения жаростойкости (окалиностойкости) стали, реже чугунов. Алитированию подвергают лопатки газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов. При нагреве алитированного изделия в окислительной среде на его поверхности образуется тонкая и прочная пленка окиси алюминия А1203, предохраняющая изделие от дальнейшего окисления. Глубина алитирования в зависимости от метода составляет 0,02-0,8 мм.

Порошкообразные смеси для алитирования состоят из ферроалюминия, хлористого аммония и окиси алюминия. Примером сравнительно редкого процесса химико-термической обработки является нанесение алюминия на изделия напылением с последующим диффузионным отжигом при температуре 950-1050 °С в течение 3-12 часов. Применяют также алитирование в расплаве алюминия при 700-800 °С в течение 1,5-2 ч.

Диффузионное хромирование применяют для повышения коррозионной стойкости, а также окалиностойкости и износостойкости стальных деталей. Наибольшее распространение получило хромирование в порошкообразных смесях феррохрома или хрома при температуре 1000-1050 °С с выдержкой 6-12 часов. Толщина хромированного слоя не превышает обычно 0,2 мм. Если цель хромирования — повышение твердости поверхностного слоя, то сталь должна содержать углерод в количестве более 0,4% для образования карбидов хрома.

Диффузионное удаление элементов. Удаление вредных примесей при нагреве в вакууме и других средах — важная разновидность химико-термической обработки. Примером является обезводороживание титановых сплавов при нагреве в вакууме для предотвращения хрупкости и повышения ударной вязкости. Обезводороживание проводят при 760- 700 °С в течение 2-6 ч. при давлении не более 10 мм рт.ст.

В промышленности известен процесс обезуглероживания трансформаторной стали отжигом листов в водороде. Процессы химикотермической обработки, благодаря разнообразию химических активных сред и широким возможностям изменения свойств поверхностных слоев и всего объема изделий, быстро развиваются, завоевывая новые области применения.