Процесс цементации стали

Термическая обработка металлов приводит к улучшению технических и эксплуатационных характеристик материалов. Одна из разновидностей такой обработки – процесс цементации (цементация стали).

Что такое цементация

Это увеличение таких показателей, как износостойкость и твердость поверхности обрабатываемых деталей и изделий. Но внутри структура остается по-прежнему вязкой.

Чтобы этот процесс прошел по требуемому сценарию, необходимы:

• высокая температура;
• среда, которая выделяет свободный углерод.

Последний просто внедряется в верхний слой стальной заготовки, насыщает ее собой, делая поверхность высокопрочной. Такой слой называется обогащенным.

Виды цементации

Процесс цементации стали делится на несколько разновидностей, в основе которой лежат условия обогащения. То есть тип среды, где происходит сам процесс. Здесь четыре позиции:

• в твердой среде;
• в жидкой – здесь используются солевые растворы;
• газообразной;
• в вакууме.

Есть еще две технологии: нанесение на поверхность специальной пасты и так называемая нитроцементация. Последняя – это не только насыщение стали углеродом, но и азотом.

Как происходит цементация стали

Многие производства используют первый вид цементации стали – в твердой среде. Для этого используют огнеупорную глину и карбюризатор, состоящий из солей, в которые добавлен измельченный древесный уголь. Карбюризатор – это и есть атомарный углерод, который под действием высоких температур начнет переходить в структуру стали.

Сам процесс, в соответствии с которым происходит металлообработка, делится на несколько этапов:

1. Подготовка заготовки. Ее обязательно очищают от грязи, ржавчины и окалин, а затем обезжиривают.
2. Деталь покрывают глиной.
3. Эта конструкция укладывается в форму, в которой уже заложен карбюризатор. Форма изготовлена из огнеупорной стали.
4. Все это устройство еще раз покрывают глиной.
5. Форму закладывают в печь. Она должна быть холодной.
6. Температура цементации – 850-950С. Именно до такого значения и нагревается печь.
7. Через требуемое время нагревательный прибор останавливают. Форма должна остынуть естественным путем.

Что касается времени проведения операции, то она определяется из расчета вхождения углерода в сталь. Обычно это 0,1 г/ч. К примеру, если требуется облагородить поверхностный слой 1 г углерода, то на это потребуется 10 часов.

В газовой технологии используются газы, образованные из нефтепродуктов. Обычно это керосин. Его просто подают в нагретую печь, где уже заложена цементируемая деталь.

Жидкостный вариант отличается от двух предыдущих. Здесь нагревается сама среда, которую размещают в ванной. При достижении температуры жидкости +850С в нее вносят стальную заготовку. На поверхности последней образуется защитный слой.

Вакуумное цементирование проводится в печи, куда подается ацетилен. Внутри устройства создается пониженное давление, равное почти вакууму – 0,019 атм.

Преимущества цементации металлов

Цель цементации стали – упрочнение внешнего слоя заготовки. И это главное преимущество технологии. К примеру, твердость углеродистой стали – 58-61 HRC. После цементации эта характеристика становится 60-64.

Качество конечного результата зависит от размеров зерен углерода, которые присутствуют на поверхности цементированного изделия. Если обнаружены крупные частицы, то деталь еще раз нагревают до +900С, а после этого проводят отпуск.

Структура стали после цементации в своей основе не изменяется. Меняется только поверхностный слой, куда проникает углерод. При этом процентное содержание последнего по глубине слоя не одинаково. Оно больше к поверхности, и меньше в глубине.

Часто этот процесс используют для упрочнения низкоуглеродистых сталей. Это к вопросу, какие стали подвергаются цементации. К примеру, до проведения упрочнения концентрация углерода в сплаве составляет 0,1-0,3%. После этот показатель достигает 0,8-1,1%.

Цементирование – самый часто используемый способ увеличения износостойкости стальных изделий. Если грамотно подойти к проведению данного процесса, а также соблюдать требования техники безопасности, то можно продлить срок службы деталям любого устройства и механизма.