Сущность и назначение процесса цементации стали
Цементация стали – это диффузионное поверхностное насыщение стали углеродом.
В результате цементации стали увеличиваются следующие ее характеристики:
- стойкость к механическим воздействия,
- твердость,
- прочность.
Цементации подвергаются низкоуглеродистые и легированные стали. Температура процесса, в производственных условиях, выбирается на основе информации о необходимой степени науглероживания заготовки. Она находится в диапазоне от 800 до 1200 градусов по Цельсию. Цементация используется для легированной и низкоуглеродистой стали, потому что внутренняя часть заготовки или детали должна оставаться вязкой после закалки. Глубина насыщенного слоя может достигать 2,5 миллиметров в зависимости от интенсивности воздействия. Высокая температура нужна для того, чтобы активировать углерод, которому принадлежит главная роль в процессе цементации. В данном случае он глубоко проникает в межкристаллическое пространство и хорошо усваивается там.
Статья: Цементация стали
Эта технология отличается низкой скоростью взаимодействия углерода и стали. Чтобы получить слой толщиной 0,1 миллиметр в среднем требуется 60 - 70 минут. После цементации заготовки и детали подвергаются термической обработке, результатом которой является образование фазы мартенсита в поверхностном слое, с последующим отпуском для снятия внутренних напряжений.
Особенности процесса цементации стали
К особенностям цементации стали относятся:
- В случае равномерного разогревания, сталь обрабатывается в газовой, жидкой или твердой среде. При этом одновременно с этим изменяются ее свойства.
- Качество слоя, подвергшегося цементации, улучшается благодаря тому, что во время плавного разогрева в металл проникает углерод. В данном случае увеличивается износоустойчивость и прочность.
- Процесс цементации может осуществляться при различных температурах. В некоторых случаях температура может достигать 1200 градусов по Цельсию. В бытовых условиях, оптимальной температурой считается 500 градусов по Цельсию.
- Поверхность сплава получает такие же характеристики, как и при повторной закалке, что объясняется изменением атомной решетки в результате равномерного разогревания.
Методы цементации стали. Цементация в твердой и газовой средах
Нынешние технологии позволяют осуществлять процесс цементации в следующих условиях: цементация в электролите, твердой среде, газовой среде, жидкой среде, вакууме и цементация с применение специальной пасты. Перечисленные методы отличаются друг от друга глубиной насыщения и технологией.
В случае цементации в твердой среде используются специальные вещества, в которых содержится углерод - карбюризаторы. Эти вещества способны отдавать углерод материалам, которые расположены по соседству, для осуществления этого необходима определенная температура. Самыми распространенными карбюризаторами являются дубовый и березовый древесный уголь. В некоторых случаях может быть использована их смесь.
Сам процесс цементации выглядит следующим образом. Рабочая смесь насыпается в ящики из термостойкого материала. Их форма и размеры зависят от типа деталей. Затем детали помещаются в эти ящики. Угольная смесь должна быть равномерно распределена по внутренней поверхности. Чтобы избежать утечек емкости герметизируются, после чего они помещаются в печь, разогретую до 700 градусов по Цельсию. Далее осуществляется визуальный контроль процесса: все нагреваемые детали и заготовки должны иметь ровный цвет. Температура печи увеличивается до 800 - 950 градусов по Цельсию. В это время начинается процесс активного освобождения углерода и его проникновение в межкристаллическое пространство. Время процесса зависит от необходимой глубины цементации.
Цементация в газовой среде применяется на крупных производствах. В данном случае глубина насыщения не превышает двух миллиметров. Рабочими веществами являются природные или искусственные газы с высоким содержанием углерода. Самыми распространенными являются газы, которые являются побочными элементами распада нефтяных продуктов. Чтобы получить газ используется керосин, потому что углерод в его составе неустойчив. Некоторая часть газа может подвергаться модификации с целью увеличения глубины проникновения. Как и при цементации в твердой среде используются герметично закрытые печи. Данная технология отличается длительным процессом обработки – чтобы получить насыщенный слой глубиной 1,2 миллиметра необходимо около 15 часов при 900 градусах по Цельсию. Поэтому иногда, чтобы ускорить процесс, температуру повышают. На современных предприятиях используется горючий природный газ, поддерживающий баланс углерода в печи.
