Цементация и её виды

Цемента́ция ста́ли — поверхностное диффузионное насыщение стали углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости.

Цементации подвергают низкоуглеродистые (обычно до 0,25 % C) и легированные стали, процесс в случае использования твёрдого карбюризатора проводится при температурах 900—950 °С, при газовой цементации (газообразный карбюризатор) — при 850—900 °С.

После цементации изделия подвергают термообработке, приводящей к образованию мартенситной фазы в поверхностном слое изделия (закалка на мартенсит) с последующим отпуском для снятия внутренних напряжений.

  • в твёрдом карбюризаторе
  • в газовом карбюризаторе
  • в кипящем слое
  • в растворах электролитов
  • в пастах

Содержание

Цементация в твёрдом карбюризаторе [ править | править код ]

Цементация и её виды

В этом процессе насыщающей средой является древесный уголь в зёрнах поперечником 3,5—10 мм или каменноугольный полукокс и торфяной кокс, к которым добавляют активизаторы. Этот процесс известен по крайней мере с XII века [1] .

Технология процесса состоит в следующем: Загрузка деталей в стальной ящик с герметичным песчаным затвором. Укладка деталей производится таким образом, чтобы они были покрыты карбюризатором со всех сторон, не соприкасались друг с другом и стенками ящика. Далее ящик герметично закрывается песчаным затвором или замазывается огнеупорной глиной и загружается в печь.

Стандартный режим: 900—950 °С, 1 час выдержки (после прогрева ящика) на 0,1 мм толщины цементированного слоя. Для получения 1 мм слоя — выдержка 10 часов.

При «ускоренном» режиме цементация производится при 980 градусах. Выдержка уменьшается в два раза, и для получения слоя 1 мм требуется 5 часов. Но при этом образуется цементитная сетка, которую придётся убирать многократной нормализацией металла.

Цементация в газовом карбюризаторе [ править | править код ]

Этот процесс осуществляют в среде газов, содержащих углерод. Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией в твёрдом карбюризаторе, поэтому её широко применяют на заводах, изготовляющих детали массовыми партиями.

В случае с газовой цементацией можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса, так как отпадает необходимость прогрева ящиков, наполненных малотеплопроводным карбюризатором; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процессов, и значительно упрощается последующая термическая обработка деталей, так как закалку можно проводить непосредственно из цементационной печи.

Цементация в кипящем слое [ править | править код ]

Процесс цементации в кипящем слое проходит в атмосфере эндогаза с добавкой метана. Кипящий слой представляет собой гетерогенную систему, в которой за счёт проходящего потока газа через слои мелких (0,05-0,20 мм) частиц (чаще корунда) создаётся их интенсивное перемешивание, что внешне напоминает кипящую жидкость. Частицы корунда располагаются на газораспределительной решётке печи. При определённой скорости прохождения восходящего потока газа (выше критической скорости) частицы становятся подвижными, и слой приобретает некоторые свойства жидкости (псевдоожиженный слой). В этом состоянии сцепление между частицами нарушено, они становятся подвижными и опираются не на решётку, а на поток газа. Достоинствами процесса цементации в кипящем слое являются: сокращение длительности процесса вследствие большой скорости нагрева и высокого коэффициента массоотдачи углерода; возможность регулирования углеродного потенциала атмосферы в рабочей зоне печи; уменьшение деформации и коробления обрабатываемых деталей за счёт равномерного распределения температуры по всему объёму печи. Процесс цементации в кипящем слое может быть использован на заводах мелкосерийного и единичного производства.

Цементация в растворах электролитов [ править | править код ]

Использование анодного эффекта для диффузионного насыщения обрабатываемой поверхности углеродом в многокомпонентных растворах электролитов — один из видов скоростной электрохимико-термической обработки (анодный электролитный нагрев) малогабаритных изделий. Анод-деталь при наложении постоянного напряжения в диапазоне от 150 до 300 В разогревается до температур 450—1050°С. Достижение таких температур обеспечивает сплошная и устойчивая парогазовая оболочка, отделяющая анод от электролита. Для обеспечения цементации в электролит, кроме электропроводящего компонента, вводят углеродсодержащие вещества-доноры (глицерин, ацетон, этиленгликоль, сахароза и другие).

Цементация в пастах [ править | править код ]

Цементация с нанесением на науглероживаемую металлическую поверхность С-содержащих материалов в виде суспензии, обмазки или шликера, сушкой и последующим нагревом изделия ТВЧ или током промышленной частоты. Толщина слоя пасты должна быть в 6—8 раз больше требуемой толщины цементованного слоя. Температуру цементации устанавливают 910—1050 °С.

Цементация и её видыЦЕМЕНТАЦИЯ, один из видов термической обработки металлов — путем изменения химического состава поверхностного слоя изделий с целью увеличения их сопротивляемости изнашиванию. Такое общее определение охватывает не только обычные виды цементации, но также цианирование, нитрирование и пр. В результате цементации поверхностный слой изделий в большинстве случаев приобретает большую твердость, в то время как внутренние части их остаются мягкими и, следовательно, хорошо сопротивляющимися ударам. Цементация широко применяется в различных областях машиностроения (например, при изготовлении трансмиссий, шестерен, поршневых пальцев, отвалов плугов и пр.), в авто -тракторостроении и в инструментальном деле. Сущность цементации науглероживанием заключается в получении из цементационной смеси при высоких температурах окиси углерода и иногда соединений углерода с азотом, затем в образовании активных атомов углерода и наконец в диффузии последнего в решетку γ-железа.

При цементации изделия упаковываются в ящик с угольным порошком и добавками; последние обычно являются углекислыми солями натрия, бария, кальция, калия и пр. При нагреве в присутствии угля углекислые соли распадаются по следующей формуле:

Получившаяся окись углерода разлагается на углекислоту и углерод:

Образовавшиеся активные атомы углерода, находящиеся in statu nascendi, проникают в решетку γ-железа, которое, как известно, может растворять до 1,7% углерода. Науглероживание поверхности обычно происходит только до 1 % С или немного выше. При газовой или жидкой цементации активные атомы углерода могут получиться или из газа, или из жидкости непосредственно. Исследование микроструктуры цементированной, но еще не закаленной стали показывает, что в результате цементации мягкая сталь на поверхности становится очень богатой углеродом: структура ее у поверхности состоит из перлита и сетки цементита в надэвтектоидном слое.

Более детальное исследование самого края поверхности науглероженной, но еще не закаленной стали обнаруживает два весьма важных и характерных типа ее микроструктуры (вкл. л., 1 и 2).

Цементация и её виды

Цементация и её виды

Разница между ними заключается в форме выделений и в расположении избыточного цементита. В большинстве случаев цементит располагается в виде тонкой сетки вокруг крупных зерен перлита или в виде игл (вкл. л., 1). Эта структура после закалки обладает высокой и равномерной твердостью и обычно называется нормальной . Другой тип структуры — избыточный цементит — выделяется в виде массивной сетки вокруг более мелких зерен перлита и (что очень характерно для этого случая) часто окружен полями феррита (вкл. л., 2). Выделения цементита, входящего в состав перлита, здесь также крупные. Такая структура при закалке дает мягкие трооститные места, является неудовлетворительной и носит название абнормальной . В условиях заводского производства выработались практические признаки, по которым сталь испытывается на абнормальность; для этого сталь цементируют 10—13 час. при 900—930°С и измеряют размеры зерен в надэвтектоидном слое (при увеличении в 100 раз); тогда количество зерен на площади 5 см 2 будет: № 1 – до 1, № 2 — 1—2,5, № 3 — 2,5—5, № 4 — 5—10, № 5 — 10—20, № 6 — 20—40, № 7 — 40—80, № 8 — 80—160 и № 9 — выше 160 зерен. Чем меньше зерно, тем выше абнормальность стали (при обязательном условии окружения массивной сетки цементита ферритными полями).

Читайте также:  Самодельные станки и приспособления своими руками

Лучшим методом испытания на твердость цементированной поверхности является способ Виккерса и Роквелла, а равно монотрон Шора или (для лабораторных работ) маятник Герберта. Испытание по Бринеллю совсем не подходит, так как продавливается твердый слой. Большое практическое значение при испытании цементированных изделий имеет измерение толщины их твердого слоя, причем различают «общую толщину твердого слоя» (фиг. 1, ОВ) и «действительную» (фиг. 1, ОА; на ординате отложена твердость по Роквеллу, на абсциссе — расстояние от поверхности в мм). Наиболее ценной частью цементированного слоя является его «действительная толщина», где наблюдается наивысшая твердость. Измерение твердого слоя цементированных изделий производится различными способами.

Цементация и её виды

Стали для цементации . Правильный выбор стали для цементации имеет очень большое значение. В настоящее время цементируют как углеродистые, так и сложные стали. В табл. 1 приведены типичные примеры углеродистых сталей и указаны ориентировочные температуры цементации, рекомендованные стандартами разных стран.

Цементация и её виды

При выборе сложных сталей для цементации следует всегда иметь в виду следующее влияние на нее специальных элементов, которые м. б. разделены на две группы: элементы, образующие карбиды (Сг, Мn), и элементы, образующие с железом твердый раствор (Ni); молибден и ванадий занимают промежуточное значение, давая и карбиды, и твердый раствор. Элементы, образующие карбиды, увеличивают твердость и сопротивление износу твердой поверхности и часто упрочняют мягкую середину. Никель, молибден и ванадий увеличивают прочность и вязкость мягкой середины. Никель, понижая критические точки в цементированной стали, позволяет закалить поверхность последней при более низкой температуре. В табл. 2 приведены сложные стали SAE для цементации и указаны ориентировочные температуры для нее.

Цементация и её виды

Типы цементации . В настоящее время применяются следующие четыре главных вида цементации: 1) науглероживание твердыми порошками, 2) науглероживание газами, 3) цианирование (жидкостями), при котором кроме углерода в сталь проникает и азот, и 4) нитрирование, т. е. насыщение поверхности стали азотом, причем при последнем способе окончательной закалки не требуется.

1. Цементация твердыми порошками . Такая цементация в подавляющем большинстве случаев производится порошком древесного угля твердых пород (березовым или дубовым) с примесью 15—20% углекислой соли (Na23, K23, ВаСО3 и т. д.). Для цементации изделия укладывают в ящики, засыпают этой смесью, плотно закрывают и ставят в печь. В Америке для цементации применяют нихромовые или калоризированные ящики, стойкие к высоким температурам. Несмотря на высокую стоимость в сравнении с чугунными или стальными ящиками они оказываются благодаря долгой службе более выгодными. Для цементации температуру в печи доводят до 1000—1200°С, в ящиках же температура ниже. Процесс во многих случаях длится около 8 ч. На фиг. 2 изображены кривые повышения температуры в печи и ящиках при цементации отвалов для плугов (кривая а — температура в ящике, кривая б — температура в печи; на абсциссе отложено время от начала наблюдения).

Цементация и её виды

В результате такого режима на поверхности отвалов образуется перлит с сеткой цементита, и толщина твердого, принимающего закалку слоя — 1—1,5 мм, середина же остается мягкой. После охлаждения с ящиками отвалы вынимают, снова нагревают и закаливают. В результате на поверхности их образуется мартенсит (вкл. л., 3); сетка цементита должна полностью раствориться, иначе поверхностный слой будет хрупким (вкл. л., 4). Частым дефектом цементированных изделий являются мягкие места на их поверхности после закалки благодаря образованию троостита; на вкл. л., 5 изображает такую дефектную структуру — троостит в мартенсите. Мягкие места в цементированных изделиях могут также быть объяснены недостаточным науглероживанием поверхности. На вкл. листе, 6 изображена микроструктура закаленной поверхности такой недоцементованной стали — тонкий слой мартенсита и феррита. В общем цементация твердыми порошками является в условиях СССР очень практичной, распространенной и недорогой операцией.

В Америке для создания однородности качества при цементации применяют конвейерные печи, в которых каждый ящик, входя с одной стороны холодным и очень медленно двигаясь там, постепенно нагревается до 900°С и выходит с другой. При цементации в обычной печи крайние ящики нагреваются быстрее, а средние медленнее, при конвейерной же — все ящики находятся в одинаковых условиях, что весьма ценно. В табл. 3 приведены важнейшие ошибки цементации, указаны их причины и даны способы к их устранению.

Цементация и её виды

Цементация и её виды

Цементация и её виды

2. Цементация газом . При цементации газом изделия помещаются в длинный металлический цилиндр, обычно из нихрома или калоризированного металла, стойкого при высоких температурах. Цилиндр помещается в специальную печь и нагревается в ней при медленном вращении. Через цилиндр пропускается струя очищенного светильного газа. Общий вид такой установки для газовой цементации приведен на фиг. 3.

Цементация и её виды

Для условий СССР в большинстве случаев выгоднее употреблять газ, полученный из нефти. Американский металлограф Гутри исследовал применение газа для цементации и дает следующие примеры «хорошего» и «плохого» газа для цементации (табл. 4).

Цементация и её виды

В случае «хорошего» газа науглероженный слой в 1,5 мм толщиной получился в течение 10 ч. при давлении в 1 atm и температуре 870°С, тогда как при «плохом» газе в подобных же условиях для этого потребовалось 20 ч. Газовая цементация при правильной ее постановке позволяет избежать многочисленных цементационных ящиков, массы грязной цементационной смеси, требующей тяжелой и неприятной работы, а также экономит топливо для подогрева ящиков.

3. Цианирование . За последнее время цианирование получило очень широкое распространение. При жидкой цементации сталь, предварительно достаточно подогретая, погружается в ванну из расплавленных цианистых солей. Прежде применялись простые цианистые соли Na(CN), которые обычно прибавлялись в количестве 30% в ванну из Na2CO3 и NaCl, смешанных поровну. Содержание Na(CN) должно поддерживаться во время цементации не ниже 20—25%. Обычная цианистая ванна не выдерживает нагревания до температуры 850°С и поэтому дает хотя и очень твердый, но слишком тонкий слой (0,2—0,4 мм). Поэтому цементация обычным цианистым натрием применима лишь там, где детали после нее не шлифуются и где износ поверхности не слишком велик. За последнее время появилось много цианистых солей, не разлагающихся при температуре 900—950°С, например, дурферрит и др. Все они позволяют быстро получать достаточно толстый твердый слой; благодаря этому жидкая цементация начала применяться всюду. Вследствие большой ядовитости паров цианистых солей с последними надо обращаться очень осторожно; их нельзя добавлять в расплавленную жидкую ванну во избежание взрыва; попадание в них азотистых соединений, например, селитры, также вызывает сильную реакцию.

Читайте также:  Заточка ручной ножовки по дереву

Термообработка после науглероживания . Длительное пребывание стали при высокой температуре во время науглероживания вырывает у нее рост зерна. Особенно крупнозернистой становится науглероженная поверхность, потому что температура цементации (900°С) значительно превышает ее критическую температуру (725°С). Для уничтожения крупнозернистости применяется сложная термическая обработка. Когда требуется мелкозернистая, очень прочная и вязкая сердцевина, изделия после науглероживания охлаждают вместе с ящиками или закаливают в воде. После этого их снова нагревают в печи до температуры немного выше критической, т. е. 870°С, и закаливают. Для того чтобы получить мелкозернистую структуру на поверхности, изделия подвергают новому нагреву в печи до температуры

775°С; эта температура на величину зерна в сердцевине влияния не оказывает. Твердая науглероженная поверхность переходит в состояние аустенита и получает мелкое зерно; последующая закалка дает на поверхности твердую структуру мелкозернистого мартенсита. После закалки твердую закаленную поверхность можно подвергнуть отпуску и еще более понизить ее хрупкость. Температура отпуска определяется твердостью, которую желательно получить.

4. Нитрирование . При нитрировании сталь нагревается в потоке аммиака при температуре 510—525°С в течение 10—90 ч. Аммиак распадается на водород и азот; активные атомы последнего проникают в железо и дают с ним различные соединения, отличающиеся большой твердостью. Впервые нитрирование в токе аммиака было применено в промышленном масштабе Адольфом Фраем на заводах фирмы Круппа в 1922 г. Исследование структуры нитрированной поверхности сталей с помощью микроскопических, термических, рентгенографических, и химических методов обнаруживает у них следующие структурные компоненты: нитриды Fe2N (нитрид I по Фраю), Fe4N (нитрид II по Фраю), Fe6N и эвтектику-браунит (название дано в честь одного на первых исследователей нитридов железа — Брауна). Нитриды образуют твердую хрупкую корку; на внешней поверхности они светлого цвета и плохо окрашиваются при травлении (вкл. л., 7). Браунит является эвтектикой нитрида Fe4N и железа, он содержит 1,5% азота. Вид его напоминает перлит (вкл. л., 8). Из всех указанных выше компонентов он является практически самым ценным, т. к. обладает наибольшей твердостью и наименьшей хрупкостью. Браунит располагается под слоем нитрида Fe4N (если слой нитридов присутствует). В сравнении с обычной цементацией науглероживанием нитрирование имеет много преимуществ: температура нитрирования гораздо ниже температуры обычной цементации, отсутствует закалка, — следовательно можно полностью избежать коробления, трещин изделий. Сергерсон (Sergerson) произвел параллельное испытание нитрированной и цементированной обычным способом сталей. Хромованадиевая S. А. Е. 6115 цементовалась в течение 8 часов при температуре 920°С, затем подвергалась двойной закалке в воде и отпуску при 150°С. Одновременно была взята хромо-алюмино-молибденовая сталь и подвергнута нитрированию в течение 90 часов при температуре 525°С. Твердая поверхность обеих сталей испытывалась на приборе Виккерса, причем твердый слой постепенно сошлифовывался наждачным кругом, и твердость определялась на разном расстоянии от поверхности. Результаты испытания изображены на диаграмме фиг. 4 (где на абсциссе отложена глубина цементации в мм, а на ординате — твердость по Виккерсу—Бринеллю).

Цементация и её виды

Практические испытания показали, что более твердый нитрированный слой сопротивляется истиранию в 5—7 раз лучше, нежели цементированный. При этом нитрированные изделия практически не изменяют своих размеров и формы, почему в противоположность цементированным они не требуют окончательной шлифовки. Твердость нитрированного слоя не изменяется при нагревах до температуры 500°С, тогда как цементированные изделия при отпуске теряют значительную часть своей твердости. Кроме того, нитрированные изделия подобно нержавеющей стали обладают повышенной сопротивляемостью коррозии на воздухе и в пресной и соленой воде. Препятствиями к широкому распространению нитрирования являются продолжительность процесса — от 10 до 90 ч. — и необходимость работать с дорогими сложными сталями — углеродистые стали непригодны для нитрирования, поверхность у них получается недостаточно твердой и очень хрупкой. Перед нитрированием сталь д. б. подвергнута закалке и отпуску при 540°С для получения тонкой сорбитной структуры.

В настоящее время в Америке наблюдается широкий интерес со стороны заводов к процессу нитрирования. Почти все фирмы, строящие печи, начали выпускать и оборудование для нитрирования. Например, фирма Leeds & Northrup Со. выпустила печь для нитрирования (по типу известной печи для отпуска — «Homo») с принудительной сильной циркуляцией аммиака и герметичными затворами камеры для нитрирования. Появились печи для непрерывного нитрирования, где изделия движутся внутри печи по конвейеру. Эти печи, например, типа Surface Combustion Со., работая дуплекс-процессом, сокращают время нитрирования до 16 ч. и позволяют экономить на аммиаке. В обыкновенных печах диссоциация аммиака не д. б. выше 30—40%, иначе получаются плохие результаты, тогда как конвейерные печи позволяют доводить эту диссоциацию до 90%.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 25 — 1934 г.

Цементация и её видыВо время изготовления металлических конструкций приходится прибегать к различным методам химико-термической обработки. Среди них достаточно распространенным является цементация стали. Этот способ примечателен тем, что может применяться в разных средах при относительно высоких температурах рабочей среды.

Процесс цементации металла — общие сведения

Цементация и её видыХимико-термическая обработка или цементация, это процедура, при которой на изделия воздействуют высокой температурой при помещении их в жидкую, газовую или твёрдую среду, что делается для придания им измененного химического состава. Причем этот эффект обеспечивает насыщение углеродом поверхностного слоя обрабатываемых объектов. Благодаря такой обработке можно обеспечить изделиям высокие характеристики устойчивости к износу и повышенную твердость. Примечательно то, что сердцевина этих деталей сохраняет свою начальную вязкость.

Эффективность метода цементации наблюдается при условии, что работа проводится с низкоуглеродистыми сталями, в составе которых доля углерода не превышает значения 0,2%. Термическая обработка обеспечивает насыщение поверхностного слоя деталей, причем для этого их помещают в специально подобранную среду, которая может легко выделить активный углерод, где поддерживается температура в диапазоне от 850 до 950 градусов Цельсия.

Создание подобных условий обработки позволяет изменять помимо химического состава обрабатываемых элемента и микроструктуру вместе с фазовым составом. Положительный эффект от такой обработки заключается в повышении прочности, в результате по характеристикам такая деталь не отличается от изделий, прошедших операцию закалки. Для достижения наилучших результатов особое внимание следует уделить грамотному расчету времени, в течение которого деталь должна выдерживаться в создаваемой среде, а также подбору температуры цементации.

Особенностью цементации стали является то, что на эту процедуру уходит достаточно много времени. Чаще всего процесс насыщения поверхности и придания ей специальных свойств проходит со скоростью около 0,1 мм за один полный час выдержки. Многие элементы нуждаются в создании упрочненного слоя толщиной более 0,8 мм, что позволяет говорить о том, что на эту обработку придется потратить как минимум 8 часов. На текущий момент технология цементации металла предусматривает использование нескольких сред:

  • газовые;
  • пастообразные;
  • твердые;
  • растворы электролитов;
  • кипящий слой.

Обычно при выборе среды для обработки металла используют газовые и твёрдые карбюризаторы.

Читайте также:  Сущность и основные характеристики технологического процесса

Цементация металла в твердой среде

Цементация и её видыВ качестве материала для твердого карбюризатора используется смесь углекислого натрия, бария или кальция с древесным углем, который необходимо применять в измельченном виде, представленном фракциями размером порядка 3-10 мм. Причем обязательно эту основу необходимо просеять, чтобы убрать пыль. Обязательной процедурой, которой подвергаются соли, является измельчение с целью придания им порошкообразного состояния, после чего эту массу просеивают через сито.

Для создания смеси могут применяться два основных способа:

  • В качестве основных компонентов используется сухая соль и уголь, которые необходимо основательно перемешать друг с другом, тем самым удастся снизить до минимума риск появления пятен во время химико-термической обработки стали;
  • На подготовленный древесный уголь нужно лить соль, предварительно смешанную с водой до растворения. Далее созданную на основе этих компонентов массу необходимо поместить для высушивания, причем оптимально, когда влажность смеси не превышает 7%.

Из этих методик наиболее предпочтительной является вторая ввиду ее более высокого качества. Это проявляется в том, что с ее помощью можно создать более равномерную смесь для насыщения поверхности углеродом. В составе готового карбюризатора на долю древесного угля приходится порядка 70-90%, а остальное занимает углекислый кальций и углекислый барий.

Для проведения твердой цементации применяют ящики, куда помещают карбюризатор. Лучше всего использовать ящик, соответствующий форме обрабатываемых изделий. Дело в том, что это поможет улучшить качество цементированного слоя, при этом удастся сократить до минимума время, которое требуется для прогрева тары. Важно позаботиться об отсутствии утечки газов: эту проблему решают путем замазывания ящиков глиной, а затем накрывают сверху герметичными крышками.

Важным моментом является и то, что прибегать к рассматриваемому варианту создания для непосредственного использования тары специальной формы имеет смысл в тех случаях, когда необходимо обработать посредством химико-термического метода большое количество деталей. Наибольшее распространение получили ящики, имеющие стандартную форму, которые различаются геометрическими размерами. Это дает возможность подбирать из них наиболее оптимальный вариант, который в наибольшей степени учитывает количество обрабатываемых изделий и размеры печи.

Обычно ящики изготавливают на основе малоуглеродистой или жаростойкой стали. Причем при выполнении обработки деталей при помощи твердого карбюризатора придерживаются следующей схемы:

  • Нуждающиеся в насыщение углеродом детали следует разместить с чередованием в ящике, заполненном заранее приготовленной смесью;
  • Далее готовят к работе печь, для чего ее прогревают до температуры 900-950 градусов, затем туда размещается рабочая тара;
  • Сама операция по прогреву ящика выполняется при температуре от 700 до 800 градусов. Определить, что ящики прогрелись достаточно, можно по подовой плите, которая должна иметь однородный цвет;
  • На заключительном этапе температуру печи увеличивают до отметки 900-950 градусов Цельсия.

Создание указанного температурного режима обеспечивает условия для проникновения диффузии в кристаллическую структуру металла активного углерода. Теоретически этот метод может применяться и для химико-термической обработки зданий, причем отдельные мастера способны справиться с этой задачей и своими силами. Однако в плане эффективности подобная обработка, проводимая в домашних условиях, отличается довольно невысокой эффективностью, причиной чего является долгая обработка и необходимость в создании высокого температурного режима.

Газовая цементация

Цементация и её видыАвторами теоретических материалов, в которых раскрывается суть подобной цементации, являются С. Ильинский, Н. Минкевич и В. Просвирин. При этом первый опыт практического воплощения имел место на Златоустовском комбинате, где всеми работами руководил П. Аносов.

Особенностью этого метода является использование среды углеродсодержащих газов, в качестве основного рабочего оборудования выступают герметичные нагревательные печи. Среди известных искусственных газов чаще всего используют состав, являющийся результатом разложения нефтепродуктов. Технология его изготовления предусматривает проведение нескольких этапов:

Необходимо взять стальную емкость, нагреть ее и заполнить керосином, далее же приступают к выполнению процесса пиролиза, подразумевающего разложение керосина на смеси газов;

Определенную часть пиролизного газа (примерно 60%) подвергают крекированию, суть которого сводится к изменению состава.

Смесь крекированного газа и чисто пиролизного выступает основой, при помощи которой выполняется химико-термическая обработка, обеспечивающая обогащение углеродом. Заниматься выработкой крекированного газа приходится по той причине, что в случае применения одного пиролизного состава глубина цементирования стали оказывается небольшой, при этом обрабатываемые детали покрываются большим количеством сажи, которую сложно убрать.

В качестве оборудования для выполнения газовой цементации используются конвейерные печи непрерывного действия или же стационарные агрегаты. Детали, которым необходимо придать более прочные характеристики, кладут в муфель печи, а после закрытия доводят температуру внутри до отметки 950 градусов. Далее начинают подавать туда подготовленный газ. Из плюсов этой процедуры, которая отличается на фоне обработки изделий при помощи твердого карбюризатора, необходимо выделить следующие:

  • создание более комфортных условий для персонала;
  • сокращение времени, необходимого на выполнение обработки, что достигается благодаря уменьшению срока выдерживания деталей и отсутствию необходимости в длительном приготовлении карбюризатора на основе угля.

Цементация в менее популярных карбюризаторах

В ситуации, когда приходится подвергать химико-термической обработке стали 20, 15, а также легированные стали с низким содержанием углерода, допускается использовать следующие карбюризаторы.

Раствор электролита

Цементация и её видыСуть подобного метода сводится к использованию анодного эффекта, за счет которого можно обогатить при помощи многокомпонентных электролитов углерода изделия, характеризующиеся небольшими размерами. Обработка этих деталей требует создания температурного режима в диапазоне 450-1050 градусов и напряжения 150-300 В. Обязательной операцией является введение в электролит сахарозы, ацетона, глицерина, а также отдельных веществ, имеющих в своем составе углерод.

Кипящий слой

По своей структуре он имеет вид восходящего потока метана и эндогаза, который «пронзает» мелкие частицы корунда, распределяемые на печной газораспределительной решетке.

Пасты

Применение подобного карбюризатора для обработки изделий подразумевает создание на поверхности стальной детали, нуждающейся в обогащении углеродом, слоя пасты, ее последующее просушивание и нагрев током высокой или промышленной частоты. Стоит заметить, что одной цементацией обработку детали не следует заканчивать. Рекомендуемой здесь операцией является термообработка стали в виде отпуска. Также положительный эффект достигается и посредством шлифования металла.

Заключение

Цементация и её видыДовольно часто определенным конструкциям требуется придать повышенные характеристики прочности, чтобы они смогли успешно выполнять задачу, которая перед ними ставится. Решается же это путем использования различных методов обработки, среди которых достаточно эффективным является цементация металла. При этом для получения необходимого результата нужно учитывать важные особенности этого процесса.

Помимо грамотного подбора рабочей среды, для цементации металла важно в точности следовать технологии проведения подобной обработки. Ведь малейшая ошибка способна негативно повлиять на химический состав изделия, что в дальнейшем может уменьшить срок службы конструкции, в составе которой оно будет применяться. По этой причине важно уделять внимание каждому моменту, не допуская отклонений от действующих норм и правил относительно проведения химико-термической обработки металлических деталей.