Цементация металла что это такое
Перейти к содержимому

Цементация металла что это такое

  • автор:

Цементация стали

Цементация стали

Цементация стали – термическая обработка металла, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя обрабатываемого материала углеродом. Цементация направлена на изменение свойств стали, что дает возможность получать металлы желаемой прочности. Цементация проводится на низкоуглеродистых сталях (с содержанием углерода до 0,25%) для изменения свойств поверхностного слоя материала на дальнейших этапах обработки, например, для увеличения его твердости и устойчивости к абразивному износу, при этом, сердечник металла остается мягким и гибким. Содержание углерода в зоне цементации увеличивается до 1–1,3%, а глубина чаще всего составляет 0,5–2 мм. Чаще всего для цементации используются стали различного легирования с процентным содержанием углерода не более 0,3%.

Особенности процесса

Цементация стали представляет собой термический процесс, который имеет множество особенностей:

  • Сталь может обрабатываться в твердой, газовой или жидкой среде.
  • При равномерном нагревании в одной из этих сред поверхностные свойства стали изменяются – благодаря проникновению в металл углерода повышается его прочность и твердость, улучшается устойчивость к износу.
  • Науглероживание легированной стали может проводиться при разных температурах. Так, если цементация происходит на производстве, манипуляции проводят при температуре до 1200 градусов Цельсия. Если цементацию стали проводят в домашних условиях, оптимальная температура нагрева составляет 500 градусов. Так как в процессе равномерного разогревания изменяется атомная решетка стали, ее поверхность получает аналогичные повторной закалке характеристики.
  • Стали, используемые для науглероживания, часто содержат хром, который предотвращает перегрев и увеличивает прочность сердечника.

Можно сказать, что науглероживание в какой-то мере идентично закалке, однако в процессе ее проведения сталь становится более твердой, и приобретает высокие эксплуатационные характеристики.

Проводя цементацию стали в домашних условиях, не стоит ожидать быстрого итога, так как максимальная скорость процесса составляет около 0,1 в час, соответственно, чтобы провести науглероживание обычного кухонного ножа с целью упрочнения его характеристик (оптимальный размер упрочнения — 0,8 мм), нужно потратить не меньше 8 часов.

Методы науглероживания

Существует несколько методов цементация стали, некоторые из которых сегодня практически не применяются.

    Цементация в «жидкой» среде.

Выполняется путем погружения заготовок в расплавленные соли, которые представляли собой смесь хлоридов, карбонатов или цианидов щелочных металлов. Процесс проводится в следующем порядке:

  • Ванны с расплавленными солями нагреваются до температуры 850 градусов.
  • Стальные заготовки опускаются в ванны и оставляются там до завершения науглероживания.

Максимальная толщина слоя цементируемой в жидкой основе стали, составляет 0.5 мм – это приблизительно три часа.

Проходит при температуре около 920–950 градусов Цельсия в атмосфере окиси углерода. Науглероживающие газы очищаются, чтобы предотвратить отложение сажи на поверхности стали, которая может препятствовать поглощению углерода. Газовую среду используют при изготовлении двигателей. В процессе производства происходит обогащение стали углеродом вглубь на 2 мм. Процесс обогащения можно разделить на несколько этапов:

  • Помещение заготовок в печь, разогретую до температуры 950 градусов.
  • Подача насыщенного углеродом газа.
  • Выдерживание металлических заготовок на протяжении 12 часов, в результате чего на поверхности стали образуется слой, толщиной до 1,2 мм. Для ускорения процесса температуру печей могут повышать более 1000 градусов.

Науглероживание, которое заключается в нагреве стали в вакуумной среде. Процесс обработки проходит следующим образом:

Заготовки из стали укладываются в печь, внутри которой создается вакуумная среда.

Печь разогревается до заданной температуры, при которой заготовки выдерживаются около часа. После этого в печь начинает поступать углеводородный газ, который и обогащает верхние слои металла.

Далее в печи снова создается вакуумная среда.

Слой необходимой толщины можно получить только после проведения трех аналогичных стадий.

Охлаждение стали проходит также в печи под воздействием инертных газов.

Заготовки помещаются в электролитный раствор, который нагревается до температуры 450 – 1000 градусов, после чего в него подают напряжение до 300 вольт. В ходе такого воздействия метал обогащается углеродом.

С этой целью используется твердый карбюризатор. При цементации в условиях производства используется смесь древесного угля, который получают из березы и дуба, и соль угольной кислоты, насыщенную щелочными металлами. Чтобы процесс обогащения проходил быстрее, смесь дробится до состояния мелкой фракции, размером в 10 мм. Процесс проводится в следующей последовательности:

  • Подготовленную угольную смесь засыпают в ящики, куда укладывают и заготовки.
  • Проводят герметизацию ящиков, которые потом на протяжении определенного периода прогревают со всех сторон до температуры 800 – 950 градусов.

Длительность обработки зависит от того, какая твердость должна быть предана заготовкам из стали.

Пасты, состоящие из пыли древесного угля, наносят на заготовки, после чего их помещают в индукционную печь, которая прогревается до температуры 1000 градусов. Паста наносится слоем, превышающим в 8 раз толщину предполагаемого углеродного слоя.

Преимущества и недостатки

Науглероживание позволяет получить твердые, износостойкие поверхности, применяемые как в быту, так и на производстве. Механизмы из стали, прошедшие процесс обогащения углеродом, гораздо сильнее защищены от повреждений из-за ударной нагрузки при более мягком сердечнике. В отличие от других процессов поверхностного упрочнения, этот процесс обычно используется для получения большей толщины углеродной пленки. К недостаткам можно отнести:

  • Возможное изменение структуры металла.
  • Науглероженные изделия нуждаются в финишной обработке.
  • Для проведения работ требуется опыт и весьма дорогое оборудование.

Обогащение металла в домашних условиях

Для проведения работ в домашних условиях используется твердая среда. Науглероживание с применением твердой среды не нуждается в приобретении дорогостоящего оборудования и присутствии мастера с опытом работы в данной области. Чтобы провести цементацию, необходимо сделать карбюризатор. Для этого можно:

  1. Смешать древесный уголь (измельчив его до примерно одинаковых частиц) с одинаковым количеством соли.
  2. Древесный уголь изначально поливается соленой водой и просушивается.

Заготовки запекаются в жаропрочных ящиках, места соединений и щели которых герметизируются глиной. Ящики устанавливаются в печь, и равномерно нагреваются до температуры 700 градусов. При более низких температурах процесс обогащения увеличивается в несколько раз.

Что же в результате?

В результате науглероживания плотность верхнего слоя металла (нелегированные сплавы) достигает до 58 HRC, а на низкоуглеродистых сплавах – до 60 HRC. В результате изделия приобретают нужную твердость, а их сердечник остается вязким. При этом стоит учитывать, что в процессе обогащения может измениться структура сплава, и это является, как упоминалось выше, главным недостатком цементации. Чтобы нивелировать данное свойство, науглероженные заготовки подвергают закалке с последующим отпуском либо нормализацией (зависит от типа стали). В процессе закалки происходит образование феррита, что приводит к измельчению зерновой структуры. Чтобы избежать поверхностных деформаций, проводят низкотемпературный отпуск сплава.

Мягкие стальные сплавы, подвергнутые науглероживанию, имеют твердую поверхность и мягкий сердечник. Это означает, что цементированная низкоуглеродистая сталь тверже, но не является хрупкой. Сердечник в значительной степени сохраняет свою пластичность и прочность, будучи защищенным твердой поверхностью, при этом он позволяет изготавливать детали даже очень сложных форм (к примеру, внутренние компоненты машин).

Усиленная поверхность показывает лучшую устойчивость к износу и усталости – металлы, прошедшие науглероживание, способны выдерживать высокие нагрузки и служат гораздо дольше.

Заказать услугу

Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.

Цементация стали

Цементация (науглероживание) – разновидность химико-термической обработки стали, целью которой является насыщение поверхностного слоя углеродом при повышенных температурах в карбюризаторе. Для достижения требуемых свойств готового продукта после процесса цементации проводят закалку с низким отпуском. Назначение этого вида ХТО – получение твердого, износостойкого поверхностного слоя.

Стали под цементацию

Этот вид химико-термической обработки применяют для:

  • низкоуглеродистых сталей с содержанием C 0,1-0,18%;
  • низкоуглеродистых легированных сталей;
  • среднеуглеродистых сталей с содержанием C 0,2-0,3%, если из них изготовлены крупногабаритные детали (сердцевина сохраняет высокую вязкость, а поверхность приобретает твердость).

Технология цементации стали

На ХТО деталь поступает после механической обработки. Часто требуется упрочнить не всю поверхность заготовки, а часть. В этом случае на участки, которые не нуждаются в упрочнении, электролитическим способом наносят тонкий слой меди или защищают их обмазками. Для изготовления обмазок используют огнеупорную глину, асбест, песок, жидкое стекло. Существует несколько видов цементации стали.

С использованием твердого карбюризатора

В этом случае источником атомарного углерода является древесный уголь и активизаторы – кальцинированная сода и углекислый барий. Подготовленные детали укладывают в сварные стальные или литые чугунные ящики. В ящик, который может быть круглым или прямоугольным, укладывают древесный угль слоем толщиной 2-3 см, затем первый ряд заготовок с отступом между ними и стенками емкости. Так повторяется столько раз, сколько предусмотрено технологией. Слой карбюризатора между рядами заготовок – 1-1,5 см. Верхним является слой карбюризатора толщиной 3,5-4,0 см. Емкость закрывают крышкой, все зазоры замазывают огнеупорной глиной или глиной с песком.

Цементация осуществляется в печи при температурах +910…+930°C. Время нахождения деталей в печи рассчитывается следующим образом: 7-9 минут на каждый сантиметр наименьшего размера емкости. О качественном прогреве можно судить по состоянию подины печи. Если на ней отсутствуют темные пятна в местах соприкосновения с тарой, то нагрев можно заканчивать. После печи ящик в закрытом виде охлаждают на воздухе до +400…+500°C, а затем его открывают.

Этот процесс отличается более высокой производительностью, по сравнению с вышеописанным, поэтому такая технология востребована на промышленных предприятиях при массовом производстве.

Преимущества газовой ХТО:

  • возможность контроля концентрации углерода в поверхностном слое;
  • сокращение длительности обработки из-за отсутствия необходимости в прогреве емкости;
  • возможность полной автоматизации;
  • значительное упрощение финишной термообработки, так как закалку производят прямо из цементационной печи.

Оптимальные характеристики – твердость и износостойкость – обеспечивает цементация в природном газе, состоящем из метана, пропанбутановых смесей, жидких углеводородов. Процесс проходит при температурах +910…+930°C в печах шахтного типа, время обработки обычно составляет 6-12 часов.

Науглероживание также может производиться в растворах электролитов, кипящем слое, пастообразных составах.

Цементация сталей: особенности и назначение процесса

Сертификат надежный поставщик

Один из способов обработки поверхности металла – цементация стали. В процессе металлообработки поверхность насыщается атомарным углеродом, что приводит к улучшению показателей прочности и устойчивость к нагрузкам.

Суть и назначение процесса

  • повышение твердости;
  • повышение устойчивости к механическим нагрузкам;
  • улучшение прочностных характеристик.

Цементирование применяют для низколегированных и углеродистых сортов стали. В зависимости от интенсивности воздействия, величина слоя может достигать 2,5 мм. С помощью технологии повышают прочность поверхности металла, при этом внутренние слои детали остаются вязкими.

Из основных особенностей технологии выделяют:

  1. Важность соблюдения температурного режима. Оптимальное насыщение углеродом происходит при диапазоне от 850 до 950 °C.
  2. Процесс диффузии происходит с низкой скоростью. Примерно 60 минут требуется для получения слоя в 0,1 мм.
  3. Цементирование проводят для низкоуглеродистых сталей, сохраняющих способность к поглощению атомов углерода.
  4. Обработку можно проводить в различных средах. Из наиболее распространенных методов цементирования стали относят использование карбюризаторов в твердом и газообразном состоянии, пасты-реагенты, электролитные растворы.

Методы цементации стали

В производстве используют различные методы цементации, которые различаются в соответствии с используемой средой:

  • твердая;
  • газ;
  • жидкая;
  • использование пасты;
  • вакуумная.

Рассмотрим подробно каждый из методов.

Цементация стали с твердым карбюризатором

В качестве карбюризатора, за счет которого будет проходить насыщение верхнего слоя металла атомами углерода, используют древесный уголь и катализаторы (активирующие вещества). В качестве последних может выступать кальцинированная сода, углекислый барий и проч.

Процесс в твердой среде производится следующим образом:

  1. Детали или заготовки предварительно подготавливают, тщательно очищая поверхность.
  2. Для цементации заготовки укладывают чугунные или стальные емкости следующим образом: слой угля в деревянных ящиках, слой заготовок.
  3. Количество слоев определяют в соответствии со стандартами технологии.
  4. Необходимо делать отступы между стенками резервуара и обрабатываемыми деталями.
  5. Между заготовками располагают карбюризатор слоем в 1-1,5 см, верхний слой карбюризатора должен быть от 3,5 до 4 см.
  6. Емкость плотно закрывают крышкой, все зазоры тщательно герметизируют огнеупорными материалами (обычно используют глину или глиняно-песчаную смесь).

Подготовленную емкость нагревают до температуры 930 °C. Необходимое время цементации рассчитывают с учетом необходимой величины углеродного слоя.

После выдержки в печи емкость охлаждают до 450-500 °C, затем открывают.

При твердой цементации обычно используют дубовый или березовый уголь, при этом необходимо измельчить уголь на мелкие фракции. Рабочий состав готовят сухим или влажным способом. В первом случае уголь посыпают кальцинированной солью, во втором – поливают раствором затем просушивают. При этом влажность полученного сырья не должна превышать 7%.

К преимуществам твердой цементации стали относят простоту процесса (можно использовать как на промышленных предприятиях, так и в кустарном производстве), а также невысокую стоимость. Из недостатков выделяют необходимость постоянно контролировать процесс и трудоемкость.

Цементация в газовой среде

Газовая цементация является более производительным процессом, поэтому в производственных условиях наиболее часто используют именно эту технологию.

В качестве среды используют побочные продукты распада нефтепродуктов, керосин, в некоторых случаях газы подвергают модификации, что позволяет увеличить глубину проникновения атомов углерода. Для проведения цементации применяют специальные закрытые печи. Как правило, для получения слоя в 1,1 мм требуется около 14 часов. Процесс производится при температуре 930-950 °C, в некоторых случаях для ускорения процесса науглероживания допустим нагрев до 1000-1500 °C.

К преимуществам цементации в газовой среде относят:

  • высокую производительность;
  • нет необходимости использовать смесь для науглероживания;
  • возможность получать слой заданной глубины и насыщенности;
  • снижаются риски деформации деталей и заготовок в результате неравномерного нагрева;
  • возможность полностью автоматизировать процесс и обеспечить комфортные условия для оператора.

Также стоит отметить, что при использовании газовой среды закалку можно проводить непосредственно в печи. Это значительно упрощает процесс металлообработки. По своей сути цементирование является промежуточным этапом, для того, чтобы внешний слой детали приобрел нужную прочность, дополнительно проводят закалку стали. Процесс закалки не только способствует повышению прочности, но также позволяет снизить коробление металла, выровнять структуру и устранить дефекты, которые появились в результате нагрева до высоких температур.

Что касается недостатков газовой цементации, то можно выделить:

  • процесс требует наличия дорогостоящего оборудования;
  • к работе следует привлекать высококвалифицированный персонал;
  • печь требует постоянно обслуживания, в том числе, проверку на герметичность и устранение дефектов.

При проведении газовой цементации стали необходимо четко соблюдать технический регламент и требования безопасности. От этого напрямую зависит безопасность оператора.

Особенности жидкостной цементации

Цементация стали в жидкой среде проводится с использованием растворов щелочных либо карбонатных солей. Обработка металла производится следующим образом:

  1. В ванну помещают соляной раствор, постепенно повышают температуру до полного растворения частиц соли.
  2. Детали и заготовки помещают в соляной состав.
  3. Температура раствора должна составлять 850С.
  4. Продолжительность цементации в соляной ванне – от полутора до трех часов.

К преимуществам этого метода относят полное отсутствие деформации металла и равномерный слой покрытия, недостаток метода — небольшая глубина слоя, максимальный показатель – 0,5 мм.

Цементация пастой

Еще один метод цементации – использование специальных паст. В этом случае на поверхность металла наносят специальный состав, затем изделия складывают в металлическую (стальную или чугунную) емкость и загружают в печь для нагрева. При этом толщину слоя пасты рассчитывают таким образом, чтобы он в 6-8 раз превышал толщину необходимого углеродистого слоя. Время выдержки заготовок при высокой температуре – от 2 часов.

Для цементации стали используют пасту, в состав которой входят следующие компоненты:

  • сажа;
  • кальцинированная сода;
  • древесная пыль;
  • желтая кровянистая соль.

В качестве связующего компонента используются технические масла или строительные клеи. Как правило, технологию применяют на небольших производствах, не располагающих профессиональным оборудованием. Также этот метод нередко применяют домашние мастера.

К преимуществам науглероживания при помощи пасты относят простоту обработки и производительность процесса. Недостаток – неравномерный углеродистый слой.

Цементация в вакуумной среде

Использование вакуумной среды для науглероживания металлов – относительно новая технология. Основным преимуществом метода является значительное ускорение процесса. Обработка полностью автоматизирована, что позволяет получать ожидаемый результат и исключить ошибки.

Науглероживание в вакуумной среде происходит следующим образом:

  • детали помещают в специальную камеру, в которой создают вакуум;
  • затем производится нагрев заготовок до нужной температуры;
  • когда детали нагреты, в вакуумную печь под давлением подают углерод, атомы газа активно внедряются в кристаллическую решетку стали.

Процесс подачи углерода может происходить в несколько этапов, это зависит от заданной толщины слоя. По окончании процесса науглероживания в камеру подают инертный газ и охлаждают заготовки.

К преимуществам вакуумной цементации относят:

  • возможность получать слой с заданными параметрами, точно регулировать толщину и насыщенность углеродом;
  • в газовой смеси отсутствуют частицы О2, что исключает окисление деталей;
  • поверхность металла после обработки имеет светлый эстетичный вид;
  • высокая производительность процесса и сокращение времени обработки.

К недостаткам относят только дорогостоящее оборудование и высокие требования к квалификации операторов.

Подведем итоги

Технология цементации активно применяется в области машиностроения. Этот метод позволяет увеличить прочность наружного слоя детали, сохранив внутреннюю вязкость. Поскольку верхний слой более плотный, в металле возникает сжимающее напряжение, которые в поверхностном слое преобразуются в остаточные напряжения, что также повышает прочность изделия.

Опубликовано 25.09.2023
У Вас остались вопросы? Мы с радостью на них ответим!

Ваша заявка успешно отправлена.
Мы свяжемся с Вами в ближайшее время

Что-то пошло не так. Попробуйте еще раз

Полезная информация

  • Закалка металла: технология и способы закаливания стали 05-03-2024 Закалка металла представляет собой важный процесс в металлообработке, позволяющий значительно улучшить физические характеристики стали и других металлов. Этот процесс включает в себя строго .
  • Виды отжига стали 20-02-2024 Отжиг стали — ключевой процесс в металлообработке, позволяющий добиться идеального баланса между твердостью, прочностью и пластичностью материала. Эта технология не только улучшает обрабатыв.
  • Зачем нужна нормализация стали и как ее проводят? 07-02-2024 Нормализация стали – ключевой процесс в металлургии, который существенно улучшает качество и характеристики металлических изделий. Этот метод термической обработки позволяет добиться однород.

© 2009 — 2024 Металлинвест — металлопрокат в Санкт-Петербурге

196084, Санкт-Петербург, Лиговский пр. 254 лит.В оф. 300

Цементация стали: разбираемся в особенностях процесса

Цементация стали – процесс, который направлен на укрепление данного металла. Ее используют в промышленных условиях и в быту, так как существует несколько методов доведения металла до нужных показателей.

Несмотря на название, в процессе цементации не используется цемент или что-то подобное, а само действие связано с нагревом детали в различных средах. В нашей статье расскажем, какими способами происходит цементация, разберем все технологические операции, а также опишем свойства стали после обработки.

Суть цементации стали

У наших предков была распространена такая примитивная технология: железный клинок или другой инструмент оставляли в горящей печи в герметичном сосуде, заполнив его углем, на несколько дней. Мастера давно заметили, что после такого выпекания внешние слои металла становились значительно тверже, а пластичное железо самого корпуса изделия сохраняло свои свойства.

Таким образом, удавалось насытить железо углеродом, улучшив его режущие свойства и повысив прочность. В дальнейшем эта методика, получившая название цементации стали, развивалась по нескольким направлениям.

Цементацией называют термообработку металла, в ходе которой для улучшения характеристик материал контактирует с определенной химической средой. Для обработки используется жидкость, газовая смесь или твердый реагент, нагрев которых вызывает выделение свободных атомов углерода.

Благодаря происходящему при этом диффузному проникновению углерода во внешние слои сталь меняет свои свойства. Глубина проникновения углерода зависит от вида обработки и может достигать глубины до нескольких миллиметров.

Главной целью цементации стали является повышение сопротивляемости деталей вибрации, ударам и истиранию. Насыщение металла углеродом призвано улучшить характеристики его внешних слоев:

  1. Происходит значительное улучшение характеристик поверхностных слоев с сохранением пластичности и упругости металла под ними. После обработки поверхность становится устойчивой к истиранию, а сама деталь прекрасно выдерживает рабочие нагрузки.
  2. Полученная при цементации стали твердость соотносима с получаемой в ходе классической закалки.
  • В процессе цементации стали крайне важны как температура, так и соблюдение необходимых требований по времени воздействия. Оптимальной с точки зрения насыщения стали углеродом является температура в диапазоне от +850 °С до +950 °С.
  • Характерной особенностью диффузионного насыщения является его низкая скорость. В среднем, на цементирование 0,1 мм металла уходит около часа. Обычно минимальная глубина насыщения сплава составляет 0,8 мм, соответственно, на получение готовой к дальнейшей обработке детали уходит от восьми часов.
  • Обработке такого рода подвергают легированные сплавы и стали с низким содержанием углерода, обладающие достаточной способностью к поглощению атомов углерода.
  • Цементацию производят с использованием различных сред. Часто применяют методы термообработки с карбюризаторами в твердом или газообразном состоянии. Для обогащения металла углеродом также используют технологии, основанные на применении доведенного до кипения электролитного раствора и углеродсодержащие пастообразные реагенты.

В производственных процессах наиболее широкое распространение получили газообразные и твердые карбюризаторы.

Типы стали, пригодные для цементации

Металлы в данном разрезе делят на три группы по их свойствам:

  • С неупрочняемой сердцевиной марок 20, 15 и 10. Обычно это детали бытовых устройств. Термообработка дает феррито-перлитную смесь, полученную из аустенита.
  • Со слабоупрочняемой сердцевиной. Речь о слабо легированных сплавах на основе хрома (марки 20Х и 15Х). Для повышения пластичности и вязкости стали сплав дополнительно легируют ванадием, что дает возможность получить зерно меньших размеров.
  • С сильно упрочняемой сердцевиной. Чаще всего используются для производства изделий сложной формы или с большим поперечным сечением, рассчитанных на ударные нагрузки. В ходе термической обработки металл легируют никелем или марганцем. Для уменьшения зернистости используют титановые или ванадиевые добавки в малых количествах.

2-min.jpg

К цементации часто прибегают при производстве клинков ножей, различных валов, осей и шестерней.

Виды цементации стали

Как упоминалось выше, для повышения содержания атомов углерода в структуре поверхностных слоев изделия используют углеродсодержащие смеси в различных состояниях:

  • твердые;
  • газообразные;
  • жидкие (раствор электролитов).

Кроме того, нередко используют пастообразные карбюризаторы.

3-min.jpg

Рассмотрим эти методы подробно:

Обработка твердыми карбюризаторами

Для эффективного обогащения стали углеродом к смеси дубового и березового угля добавляют соль угольной кислоты, насыщенную кальцием или другим щелочным металлом. Для быстрого диффузионного насыщения поверхностных слоев стали углеродом смесь измельчают и просеивают через ряд сит, получая крупицы диаметром менее 10 мм. Продолжительность процесса зависит от толщины получаемого слоя.

Обработка в газовой среде

Обычно газовые смеси используют для термообработки частей двигателей. Такой метод позволяет обогащать поверхность изделий на глубину не более 2 мм. Карбюризатором служат различные газовые смеси.

Обработка осуществляется в несколько шагов:

  • Герметичную печь с заготовками прогревают до +950 °С.
  • В камеру медленно подают газовую смесь.
  • Детали подвергаются воздействию в течение нескольких часов.
  • Чтобы сократить длительность обработки, увеличивают температуру. Так, увеличение температуры на 50 °С уменьшает время насыщения в среднем на четыре часа.

Обработка в жидкой среде

Средой для процесса служит расплав солей.

  • расплав солей в специальной ванне прогревают до +850 °С;
  • детали держат в жидкости необходимое время.

Для обработки на глубину 0,5 мм поверхности с помощью этого метода необходима выдержка не менее трех часов.

Обработка стали в вакууме

Сократить время, затрачиваемое на обработку поверхности металлических заготовок, позволяет использование вакуума.

  • печь с размещенными в ней деталями герметизируют;
  • откачивают из камеры воздух;
  • разогревают до нужной температуры;
  • заготовки выдерживают в печи около 60 минут;
  • в камеру нагнетают карбюризатор в составе газовой смеси;
  • происходит обогащение внешних слоев заготовки;
  • перед окончанием процесса из камеры снова откачивают воздух.

4-min.jpg

Для полноценного насыщения поверхности изделия углеродом необходимо повторить обработку как минимум трижды. Обработанные детали охлаждают инертными газами.

Обработка с помощью паст

Пасты для цементации металла делают на основе угольной пудры. При нанесении карбюризатора на заготовку следует иметь в виду, что для вычисления необходимой толщины слоя пасты требуемую глубину насыщения нужно умножить на 8. Для запуска процесса изделия прогревают до +1000…+1200 °С в индукционной печи.

Обработка электролитным раствором

Для обогащения внешних слоев изделия углеродом с помощью электролитного раствора его разогревают до +450…+1050 °С и воздействуют на жидкость электрическим током под напряжением 300 В. Далее изделия держат в растворе в течение периода, который позволяет сформироваться насыщенному углеродом слою металла необходимой толщины.

Цементация стали своими руками

Выше рассмотрены основные технологии промышленного насыщения стали углеродом. Если необходимо произвести цементацию в условиях собственной мастерской, лучше использовать методику обработки стали с помощью твердых карбюризаторов. Разберем ее этапы:

  1. Заготовки укладывают в металлический короб, пересыпая их карбюризатором так, чтобы исключить их соприкосновение и контакт деталей со стенками.
  2. Емкость герметизируют.
  3. Короб отправляют в печь, разогретую до +700 °С. При прогреве емкости с заготовками необходимо следить, чтобы на стенках емкости с деталями и подовой плите печи не появлялись пятна или полосы. Образование последних говорит о перегреве или неравномерном прогреве емкости и заготовок.
  4. Далее температуру постепенно повышают, доводя ее до +800…+950 °С.
  5. Длительность обработки может варьироваться в пределах 6–20 часов в зависимости от требуемой глубины цементации.
  6. Детали охлаждают при комнатной температуре, не доставая их из карбюризатора. При необходимости впоследствии проводят дополнительную термическую обработку.

Цементирование в собственной мастерской получается не хуже, чем в условиях производства.

Рекомендуем статьи

  • Сплав железа и меди: область применения
  • Углерод в металле и его влияние на свойства материала
  • Легированные конструкционные стали: характеристики и применение

С помощью небольшого набора необходимого оборудования и реагентов вполне реально качественно произвести цементацию поверхности заготовок самостоятельно. Но это относится к случаям, когда вы собираетесь работать с металлом на постоянной основе. Дело в высокой стоимости необходимых для такой обработки расходных материалов и устройств.

Как цементация меняет свойства стали

  • В результате диффузионного насыщения поверхности металла углеродом образуется равномерный слой, имеющий твердость от 60 до 64 единиц по шкале Роквелла.
  • В ходе термической обработки при температуре от +700 °С металл может незначительно изменить структуру.
  • В процессе цементации стали зерна в структуре стали уменьшаются из-за процедуры закаливания при +900 °С,

5-min.jpg

Чтобы уменьшить размер зерен, после цементации заготовки требуют дополнительной термообработки:

  • Большая часть видов стали в таком случае требуют повторного разогрева до +750…+780 °С и закаливания в воде с последующим отпуском при температуре от +150 °С до +180 °С или нормализации.
  • Когда обработке подвергается легированная сталь, можно ограничиться нормализацией.

При сквозном прогреве сердцевин стальных заготовок в них образуется мартенсит. Время и температурный режим дальнейшей обработки изделия зависят от марки стали. Как показала практика, в большинстве случаев достаточно простого отпуска при низкой температуре.

Необходимость улучшить прочностные показатели стали, применяемой для изготовления деталей той или иной конструкции, встречается нам постоянно. Именно качество термической структуры металла в дальнейшем будет определять то, насколько хорошо конечное изделие покажет себя в эксплуатации.

Наряду с множеством известных сегодня методов улучшения рабочих свойств металлических изделий способ цементации является одним из наиболее действенных. Для того чтобы в полной мере достичь требуемого результата, при обработке необходимо тщательно соблюдать все условия, которых требует данная технология.

Соблюдение правильной температуры и времени выдержки, правильный выбор карбюризатора и оборудования критически важны в металлообработке. Небольшое отклонение от требуемых параметров в ходе цементации впоследствии может обернуться снижением прочности и долговечности всей конструкции. Каждая деталь здесь требует внимательного и ответственного подхода.

Автор статьи

Макаров Максим

Руководитель отдела продаж

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *