Цементація сталі

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Цемента́ція ста́лі — вид хіміко-термічної обробки, що полягає у поверхневому дифузійному насиченні маловуглецевої сталі вуглецем з метою підвищення твердості та зносостійкості. Цементація з наступною термічною обробкою одночасно підвищують і границю витривалості.

Цементації піддають маловуглецеві (з вмістом вуглецю зазвичай до 0,2%) і леговані сталі. Процес у разі використання твердого карбюризатора проводиться при температурах 900...950 °С, при газовій цементації (газоподібний карбюризатор) — при 850...900 °С.

Після цементації вироби піддають термообробці (гартуванню), що приводить до утворення мартенситної фази у поверхневому шарі виробу (гартування на мартенсит) з наступним відпуском для зняття внутрішніх напружень.

Способи цементації[ред.ред. код]

Відомі наступні способи цементації:

  • в твердому карбюризаторі;
  • в газовому карбюризаторі;
  • в киплячому шарі;
  • в розчинах електролітів;
  • у пастах.

Цементація в твердому карбюризаторі[ред.ред. код]

У цьому процесі насичувальним середовищем є деревне вугілля зернистістю 3,5...10 мм або кам'яновугільний напівкокс з торф'яним коксом, до яких додають активатор.

Технологія процесу полягає в наступному. Деталі завантажуються у сталевий ящик з герметичним піщаним затвором. Укладання деталей проводиться таким чином, щоб вони були покриті карбюризатором з усіх боків, не стикалися одна з одною чи стінками ящика. Далі ящик герметично закривається піщаним затвором або замащується вогнетривкою глиною і завантажується в піч.

Стандартний режим: 920 °C, тривалість з розрахунку 1 година витримки (після прогріву ящика) на 0,1 мм отриманої товщини шару цементації (для отримання шару, товщиною 1 мм — потрібна витримка 10 годин).

При прискореному режимі цементація проводиться при 980 °C. Витримка зменшується у два рази і для отримання шару 1 мм потрібно 5 годин. Але при цьому утворюється цементитна сітка, яку доведеться прибирати багаторазовою нормалізацією.

Цементація в газовому карбюризаторі[ред.ред. код]

Цей процес здійснюють в середовищі газів, що містять вуглець. Газова цементація має ряд переваг у порівнянні з цементацією у твердому карбюризаторі, тому її широко застосовують на заводах, що виготовляють деталі в умовах масового виробництва. При газовій цементації можна керувати отриманням заданої концентрації вуглецю в шарі; скорочується тривалість процесу, так як відпадає необхідність прогрівання ящиків, наповнених карбюризатором; забезпечується можливість повної механізації і автоматизації процесів і значно спрощується подальша термічна обробка деталей, так як загартування можна проводити безпосередньо у цементаційній печі.

Цей процес хіміко-термічної обробки деталей здійснюється в герметичній реторті з жароміцної сталі, розміщеної в робочій камері печі. Навуглецьовувальна атмосфера створюється випаровуванням та розкладанням рідкого карбюризатора (гасу, синтину, триетаноламіну), що подається в реторту через крапельницю в кришці печі. Відпрацьований газ відводиться через трубку і спалюється. Для створення вихрових потоків газу та вирівнювання складу газової суміші в реторті встановлено вентилятор.

Цементація в киплячому шарі (псевдокиплячому середовищі)[ред.ред. код]

Киплячий шар містить тверді частинки сипучого матеріалу, як правило, кварцового піску, корунду, подрібненої руди, суміші графіту з вуглекислими солями й іншими вогнетривкими домішками, які інтенсивно перемішуються завдяки вібрації, створеної аеродинамічними або іншими методами, найчастіше висхідним потоком повітря або газів, що зовні нагадує киплячу рідину.

Частинки розміром 0,05...0,20 мм, які знаходяться на газорозподільній решітці у печі або у ванні, за певних умов будуть спиратися не на решітку, а на потік газу, що надає їм рухомості, внаслідок чого вони набувають деяких властивостей рідини. Тому таке газове середовище із завислими та рухомими в ньому твердими частинками ще називають псевдокиплячим.

Цементація в розчинах електролітів[ред.ред. код]

Використання анодного ефекту для дифузійного насичення оброблюваної поверхні вуглецем в багатокомпонентних розчинах електролітів, один з видів швидкісної електрохіміко-термічної обробки (анодний електролітне нагрівання) малогабаритних виробів. Анод — деталь при подачі постійної електричної напруги в діапазоні 150...300 В розігрівається до температури 450...1050 °С. Досягнення таких температур забезпечує суцільна і стійка парогазова оболонка, що відокремлює анод від електроліту. Для забезпечення цементації в електроліт крім електропровідного компонента вводять вуглецевмісні речовини-донори (гліцерин, ацетон, етиленгліколь, сахароза та інші). Суміш 20-80% NaCN + 25-30% NaCl + 45...50% Na2CO3, наприклад, застосовується для заповнення соляних ванн і використовується для цементації при температурі 530 °C.

Цементація в пастах[ред.ред. код]

Цементація з нанесенням на металеву поверхню, що насичується вуглецем вуглеце-вмісних матеріалів у вигляді суспензії, обмазки або шлікера, сушінням і подальшим нагріванням виробу струмом НВЧ або промислової частоти. Товщина шару пасти повинна бути в 6-8 разів більшою необхідної товщини цементованого шару. Температуру цементації встановлюють 910...1050 °С.

Див. також[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]