Цементация металла что это такое

Для цементации применяют низкоуглеродистые стали, 0,1. 0,3% углерода, чтобы обеспечить вязкость сердцевины изделия.

После цементации концентрация углерода на поверхности детали повышается до 0,8. 1,1%, что обеспечивает после закалки высокую твердость и износостойкость. Цементации подвергают небольшие шестерни, поршневые пальцы, распределительные валы и др. В качестве примера рассмотрим небольшие (мелкомодульные) шестерни.

Поверхность зуба должна быть твердой и износостойкой, то есть структура здесь должна быть из мартенсита, но углерода в нем должно быть не ниже 0,8% (см. рис. 8.10). Сердцевина зуба должна быть вязкой, чтобы деталь воспринимала ударные нагрузки, поэтому используем малоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,1. 0,3%.

Детали перед цементацией проходят механическую обработку. Те участки поверхности, которые не подлежат цементации, защищают тонким слоем меди (0,02. 0,04мм), который наносится электролитически.

Рис. 10.2. Диаграмма состояния «железо-углерод», распределение углерода по толщине цементованного слоя и строение слоя

Выбор температуры цементации.При температурах до 910 о С проводить цементацию нет смысла, так как растворимость углерода в феррите очень небольшая, до 0,025% С, и эффект повышения твердости тоже небольшой.

При температурах выше 910 о С проводить цементацию можно, так как растворимость углерода в аустените большая, до 2,14%С, и эффект повышения твердости тоже большой.

Поэтому цементация проводится при 930. 960 о С, то есть немного выше 910 о С, когда зерно аустенита еще не крупное.

Строение цементованного слоя после отжига тесно связано с диаграммой «железо – углерод» (рис. 10.2.).

При температуре цементации диффузионный слой состоит только из аустенита. При этом он имеет переменную концентрацию углерода по толщине, убывающую от поверхности к сердцевине детали. После медленного охлаждения цементованный слой состоит из продуктов распада аустенита, то есть феррита и цементита. В связи с этим в структуре цементованного слоя можно выделить три зоны. К поверхности детали прилегает заэвтектоидная зона с концентрацией углерода от 1,1 до 0,8%, состоящая из перлита и вторичного цементита, образующего сетку по границам зёрен бывшего аустенита. Затем следует эвтектоидная зона с концентрацией углерода 0,8%, состоящая из одного пластинчатого перлита. За этой зоной следует доэвтектоидная зона с концентрацией углерода от 0,8% до исходной концентрации его в стали (0,1. 0,3%С). Структура этой зоны состоит из перлита и избыточного феррита, причём количество перлита уменьшается по мере приближения к сердцевине детали до исходного в стали.

За толщину цементованного слоя принимают заэвтектоидную зону со структурой П + ЦII плюс эвтектоидную зону со структурой П и половину доэвтектоидной зоны со структурой Ф + П Обычно толщина цементованного слоя составляет до 2 мм. После закалки в слое вместо перлита будет мартенсит высокоуглеродистый с высокой твердостью и износостойкостью.

Виды цементации. Различают цементацию твердыми карбюризаторами и газовую цементацию.

Цементация твердыми карбюризаторами(рис. 10.3).

Рис. 10.3. Схема цементации твёрдыми карбюризаторами

Твердый карбюризатор содержит: древесный уголь, активизатор, наполнитель.

Древесный уголь наиболее подходит для цементации. Если его нет, то можно использовать каменноугольный полукокс или торфяной кокс.

Активизатор ВаСО3 активизирует процесс насыщения стали углеродом (см. ниже).

Наполнитель – сода Na2CO3, нужна, чтобы не было комкования, то есть чтобы карбюризатор был в порошкообразном состоянии.

Количество активизатора и наполнителя составляет 10. 40% от массы угля. Широко применяемый карбюризатор состоит из древесного угля, 20. 30% ВаСО3 и 3,5% Na2CO3.

Рабочий карбюризатор содержит 25. 35% свежее приготовленного карбюризатора, а остальное – отработанный. Это делается с тем, чтобы удешевить процесс цементации.

Детали, подлежащие цементации, после предварительной очистки укладывают в ящики — короба (сварные стальные или, реже, литые чугунные прямоугольной или цилиндрической формы). При укладке деталей их пересыпают карбюризатором и утрамбовывают. При этом расстояние между деталями должно быть не менее 10. 15 мм.

Затем короб закрывают крышкой и герметизируют, то есть обмазывают огнеупорной глиной, чтобы уголь не сгорел полностью.

Через крышку внутрь короба вставляется свидетель – это стержень из той же стали, из которой сделаны детали. Чтобы не резать деталь, на этом свидетеле-стержне после цементации в заводской лаборатории определяют структуру и толщину цементованного слоя, а также его твердость.

После этого короб нагревают до 930. 960 o С и дают выдержку из расчета: за 1 час образуется слой 0,1 мм. Если нам нужно получить слой толщиной 2 мм, то цементацию надо проводить в течение 20 часов.

В коробе при 930. 960 o С идут следующие процессы, то есть реакции.

где O2 – оставшийся кислород воздуха в коробе, С – древесный уголь (идет неполное сгорание угля, то есть без доступа воздуха). В цементационном ящике имеется воздух, кислород которого при высокой температуре взаимодействует с древесным углем, образуя оксид углерода, то есть идет неполное сгорание угля.

Оксид углерода при высоких температурах в присутствии железа, которое является катализатором, разлагается, то есть диссоциирует:

Атомарный углерод адсорбируется на поверхности и диффундирует в глубь детали. Кроме этих реакций идет диссоциация ВаСО3.

где С – древесный уголь.

Образовавшийся оксид углерода пополняет уже разложившийся оксид, который получается при неполном сгорании древесного угля, то есть активизирует процесс насыщения.

Затем короб охлаждают на воздухе, раскрывают его, извлекают детали, очищают и промывают их от карбюризатора и делают термообработку: закалку с последующим низким отпуском.

Преимущества этого метода насыщения:

· простота и доступность процесса;

· из-за трудности механизации и автоматизации процесса применяется в единичном и мелкосерийном производстве.

Недостатки:

· нельзя регулировать строение и свойства цементованного слоя, ведется только контроль по свидетелю, чтобы не резать де­таль;

· низкая культура производства: из-за карбюризатора в цехе много грязи.

Газовая цементация(рис.10.4).

Газовая цементация требует более сложного оборудования, в частности установки для получения газа и специальных печей, в которых установлены форсунки для подачи природного газа или жидких углеводородов. Через эту печь проходит конвейер, на нем располагаются детали, подлежащие цементации. Скорость движения конвейера рассчитывается так, чтобы детали в печи находились требуемое время для насыщения поверхности углеродом. Эти печи герметизированы, поэтому природный газ или жидкие углеводороды не сгорают или сгорают неполностью.

При выходе из печи детали еще находятся на конвейере, который как консоль выступает из цементационной печи на некоторое расстояние, чтобы детали успевали подстуживаться после цементации до закалочной температуры, 860оС. Затем детали подают с конвейера в закалочный бак, после чего дают низкий отпуск.

Читайте также:  Вулканизация транспортерной ленты технология

Через форсунки подается либо природный газ CH4, либо жидкие углеводороды (бензин, керосин, мазут, спирт и т.д.), которые при неполном сгорании образуют оксид углерода, обеспечивающий процесс насыщения поверхности углеродом (см. выше).

Если же подается природный газ, то идет диссоциация его без доступа воздуха по реакции:

Газовую цементацию проводят при 930. 960 o С, а продолжительность насыщения определяется из условия, что за 1 час образуется слой толщиной 0,15 мм.

При мелкосерийном производстве газовую цементацию обычно проводят в шахтных муфельных печах. Необходимая для газовой цементации атмосфера создается при подаче в камеру печи (муфель) жидких углеводородов. При цементации в шахтных печах трудно регулировать концентрацию углерода в цементованном слое, а, следовательно, и регулировать строение и свойства слоя.

При крупносерийном и массовом производстве газовую цементацию проводят в безмуфельных печах непрерывного действия (см. рис. 10.4), работающих, как правило, в автоматическом режиме. В этих печах используют природный газ, они состоят из двух зон. Первая зона занимает 2/3 всей длины печи, и в нее подается насыщающий газ, который состоит из эндогаза и 10. 15% CH4. Эндогаз (см. термообработку) используют вместо воздуха, чтобы детали не окислялись. Изменяя процент содержания природного газа в этой смеси, мы можем менять, то есть регулировать строение и свойства цементованного слоя. В данной зоне концентрация углерода в слое достигает 1,2. 1,3%.

Вторая зона печи занимает 1/3 всей длины печи, и в нее подается только эндогаз с углеродным потенциалом 0,8% С. В этой зоне идет рассасывание слоя, образовавшегося в первой зоне, в котором, как правило, есть ЦII залегающий в виде хрупкой сетки по границам зерен, что нежелательно. Во второй зоне с углеродным потенциалом 0,8%С эта сетка ЦII рассасывается и концентрация углерода в слое понижается до 0,8%. Кроме того, при рассасывании слоя во второй зоне печи толщина слоя увеличивается.

Преимущества:

возможность механизации и автоматизации процесса. Как правило, на всех автомобильных заводах эти печи работают в автоматическом режиме;

· применяется в массовом и серийном производстве;

· упрощается термообработка – закалку ведут сразу же из цементационной печи с подстуживанием деталей до температуры закалки, равной 860 o С;

· можно регулировать строение и свойства цементованного слоя.

Недостаток– сталь насыщается не только углеродом, но и водородом – появляется водородная хрупкость стали.

Структура:

· на поверхности – мартенсит отпуска высокоуглеродистый с высокой твердостью и износостойкостью;

· в сердцевине структура зависит от химического состава стали и режима термообработки.

У углеродистых сталейструктура Ф+П. У легированных сталей,если температура закалки ниже АС3, структура будет Ф+М (или Бниж), если температура закалки окажется выше АС3, то структура будет либо Бниж, либо М низкоуглеродистый (0,1. 0,3% С) с пониженной твёрдостью (до 30 HRC), но зато с повышенной ударной вязкостью.

Дата добавления: 2014-12-01 ; просмотров: 6906 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Накоплено множество методов обработки металлических конструкций. Одним из них является цементация стали; что это, как сделать в домашних условиях, можно понять, изучив основные технологические приемы процесса.

Общие сведения

В старину топоры из сырого железа помещали в герметичный глиняный горшок, наполненный углем, и ставили в печь на несколько суток. Внешние слои насыщались углеродом под действием жара. Инструмент получал твердую поверхность, сохраняя мягкую, пластичную сердцевину. Сущность технологии сохранилась, прием получил развитие, стал распространенным и разделился на несколько ветвей.

Цементации подвергают детали, работающие на истирание, испытывающие при работе вибрацию и удары. Назначение такой термообработки в том, чтобы изменить (усилить) некоторые характеристики поверхностного слоя металлического изделия:

  1. Слой укрепляется, улучшаются такие его свойства, как твердость и износостойкость; при этом более глубокие слои сохраняют свои первоначальные свойства (вязкость и упругость). Поверхность хорошо сопротивляется истиранию, сердцевина способна выдерживать динамические нагрузки.
  2. После обработки предмет приобретает твердость, аналогичную с полученной по методу классической закалки (огнем и механическим воздействием).

Выделяют следующие особенности метода:

  • При организации процесса цементации важно выдерживать временные и температурные интервалы. Оптимальная плотность атомарного углерода появляется при поддержании температуры от 850 до 950°C.
  • Диффузное насыщение идет с малой скоростью; в этом заключается его особенность. Поглощение поверхностью атомов газа течет со скоростью 0,1 мм/час (значение может немного меняться в зависимости от среды и температуры). Учитывая, что ожидаемая толщина слоя начинается от 0,8 мм, нетрудно подсчитать, что полезные свойства деталь приобретет минимум через 8 часов.
  • Метод признан эффективным для легированных (инструментальных) и низкоуглеродистых сталей, где доля углерода в составе ограничена 0,2-0,25%, и они способны поглотить дополнительное количество атомов газа. Допускаются машиностроительные, строительные и арматурные стали марок 20х, 40х. Углеродистые стали таким способом не обрабатываются.
  • Технология цементации допускает использование нескольких сред. Разработаны приемы закалки в присутствии твердого и газового карбюризатора (углеродистого вещества, способного делиться углеродом). Поверхностное науглероживание возможно в кипящем слое, в растворах электролитов и в пастах.

Самыми распространенными в циклах производства являются газовые и твёрдые карбюризаторы.

Газовая цементация

В машиностроении распространена технология насыщения верхнего слоя стальных изделий углеродом в атмосфере углеродосодержащих газов. Известно, что такое производство удобно для массовой обработки деталей, так как:

  1. Допускается регулирование плотности газов; тем самым формируется углеродистый слой с заданными свойствами.
  2. Полный цикл термообработки (цементация, закалка, промывка и отпуск) проходит в одном месте — в шахтной (цементационной) печи.
  3. Процесс экономичен, механизирован и автоматизирован.
  4. Коробы с карбюризатором не нуждаются в прогреве, что сокращает время протекания цементации.
  5. Скорость науглероживания деталей возрастает в 2 – 3 раза (сравнивая с другими методами), однородность слоя выше.
  6. Температуру газовой смеси углеводородов (метан и окись углерода), доводят до 900-950°С.
  7. После цементации технологическую цепочку завершает отпуск (закаливание).

В твердом карбюризаторе (твердая)

В качестве среды-донора углерода используют древесный уголь; как вариант — торфяной кокс, каменноугольный полукокс. Смесь дополняют активизаторами (углекислый натрий, барий или кальций).

Для качественного насыщения уголь измельчают до частиц размером 3-10 мм, а затем просеивают, чтобы избавиться от пыли. Активизаторы также измельчают и просеивают, стремясь придать солям вид мелкого порошка.

Процесс цементации стали проходит в несколько этапов:

  • Предметы, очищенные от эмульсии и масла, загружают в ящик из стали, с карбюризатором, который должен полностью их покрывать. Нельзя допустить их касания стенок ящика и друг друга.
  • Емкость помещается в печь. Ее герметичность обеспечивается притертой крышкой, глиной или песчаным затвором.
  • Начав с предварительного прогрева, температуру повышают до технологических 900-950°C.
  • Возможен ускоренный вариант (при 980°C), сокращающий время насыщения в 2 раза, но вызывающий образование карбидной сетки (возникающей из-за слишком высокого углеродного насыщения). Для ее устранения и исправления структуры проводят дополнительную многоэтапную обработку (нормализацию).
Читайте также:  Пропан вес баллона 50 литров

Это условие вполне достижимо в домашней мастерской. Несмотря на очевидные преимущества, у метода есть и недостатки: трудоемкость и низкая производительность.

Перед обжигом готовится твердая смесь (карбюризатор). Она состоит из смеси древесного угля с углекислыми солями бария, натрия или кальция. Соли предварительно измельчают до порошкообразного состояния, а затем просеивают, чтобы добиться однородности. Доля древесного угля в смеси — 70-90%, остальное приходится на соли.

Смесь создается одним из двух способов:

  1. Соль и древесный уголь тщательно перемешиваются. Если смесь будет недостаточно однородной, во время цементации разные участки поверхности детали будут поглощать разное количество газа. В результате на изделии образуются пятна, сигнализирующие о недостаточной концентрации углерода; качество поверхности будет неравномерным.
  2. Уголь пропитывают солью, растворенной в воде. Затем его подсушивают до получения смеси, влажность которой не превышает 7%. Такой состав получается однороднее и лучше подходит для использования дома.

Этапы цементации в твердой среде:

  • Изделие очищается от загрязнений и укладывается в металлический короб, засыпается твердым карбюризатором (порошковой смесью). Необходимо следить, чтобы между стенками и ним сохранялся промежуток в 2-2,5 см. Размер ящика должен соответствовать форме предмета; это сократит время прогрева и улучшит качество цементированного слоя.
  • Короб накрывается подогнанной крышкой, ее края промазываются глиной для герметичности (от утечки газов).
  • Емкость помещают в предварительно прогретую печь. Цементация запускается при температуре 850-920°C.
  • Атомы углерода поглощаются раскаленным верхним слоем.

Твердая цементация стали допускает неоднократное использование карбюризатора. Для повторного отжига к отработанному карбюризатору достаточно добавить до 30% свежей смеси.

Для большинства ответственных машинных деталей (валы, поршневые пальцы, зубчатые колеса, лемехи, шпиндели) достаточной считается глубина цементированного слоя от 0,6 до 2 мм. Время выдержки для приобретения достаточной твердости может варьироваться от 6 до 20 часов.

Изделия после цементации в твердом карбюризаторе получаются прочными, но хрупкими. Чтобы избавится от нежелательного свойства, детали подвергают термообработке (закалке) с нагревом до 840-850°С, с последующим отпуском (нагревом до 780-800°С), снимающим внутренние напряжения.

Графитом

Цементацию стали в домашних условиях можно проводить несколько иным способом, без нагревания в печи.

Для домашних условий применим способ цементации металла с использованием графитового порошка, как вещества с хорошей электропроводимостью. При закалке в графите нагрев идет только по режущей кромке.

Для организации рабочего места потребуется:

  1. Графитовый порошок, измельчённый в пыль (даёт мельче искры).
  2. Источник питания (понижающий трансформатор); для комфортной работы графитовым электродом достаточно 6-12 В.
  3. Провода достаточного сечения.
  4. Металлическая подложка (поддон, уголок или кусок профиля).
  5. Предмет, на котором предварительно желательно убрать зазубрины (мелкой шкуркой).
  • На металлический поддон насыпается графитовый порошок (его можно получить, сточив графитовую щетку от электродвигателя или из батарейки)
  • К подложке подсоединяется плюсовой контакт, к предмету, требующему закалки — отрицательный провод.
  • На трансформатор подается напряжение.
  • Предмет (лезвие) необходимо перемещать над слоем графита плавными движениями; при этом цепь замыкается и между лезвием и порошком проскакивают небольшие искры.
  • Лезвие в процессе нагревается; оно не должно касаться подложки. При контакте с поддоном короткое замыкание (дуга) может прожечь кромку.
  1. Трудно достичь равномерного прогрева в порошке, и, следовательно, приемлемого качества для изделия заметных размеров. Науглераживание детали углеродом графита подходит для цементирования режущей кромки садового инструмента (лопат) и ножей. Для ответственных деталей метод не рекомендуется.
  2. Теоретически качественная цементация идет со скоростью около 0,1 мм/час. Скорость можно увеличить, увеличив температуру, но это также становится причиной итоговой хрупкости.

Таким способом можно цементировать лопату, косу, сверло, отвертку, ножи газонокосилки.

Цементация проводится и в менее распространенных карбюризаторах.

В пасте

Способом можно пользоваться дома. Пасту необходимо нанести на предмет и дать ей подсохнуть. После предмет помещается в печь и выдерживается при 900-950°С расчетное время. Таким методом можно добиться толщины науглероженного слоя в 0,7-0,8 мм.

Паста состоит из:

  • сажи, 55 %;
  • кальцинированной соды (желтая соль), 30 %;
  • щавелевокислого натрия, 15%.

Составляющие размешиваются в воде до пастообразного состояния.

В растворе электролита

Метод базируется на анодном эффекте и подходит для небольших предметов.

  1. Предмет погружается в печь-ванну с раствором, предварительно разогретым до рабочей температуры (от 450 до 1050°С, в среднем — 850-860°С). Необходимое напряжение составляет 150-300 В.
  2. За 1,5-2 часа поверхность металла насыщается углеродом на глубину 0,3-0,4 мм.

Стандартный раствор содержит:

  • соду 75-85 %;
  • хлористый натрий 10-15 % ;
  • карбид кремния 6-10 %.

Видео: цементация (закалка).

Цементация в кипящем слое

Промышленный метод, протекающий в специальной установке (печи кипящего слоя). Основа метода — получение псевдожидкого состояния сыпучего вещества (корунда) в смеси раскаленных газов (в экзогазе). Температура распределяется равномерно по всему объему печи, что уменьшает деформацию предметов и их коробление.

Обработку изделия не заканчивают цементацией; рекомендуется провести термообработку (отпуск) или отшлифовать его. Чтобы достичь необходимого уровня прочности при цементации и закрепить его твердость, необходимо правильно соблюдать условия технологического процесса.

В основе процесса цементации заложен принцип химической и термической обработки металла. Вся суть процедуры в насыщении поверхности стали необходимым количеством углерода при определенных температурных условиях.

Несколько лет назад эту процедуру в домашних условиях было практически невозможно реализовать. Сегодня это возможно с использованием среды графита или их аналогов. Главное — это желание и некоторые знания.

Общая информация о процессе

В первую очередь необходимо понимать основы термической обработки стали.

К особенностям цементации металла относят следующие факторы:

  1. Благодаря процедуре цементируемые стали становятся прочнее, что повышает износостойкость и прочность материала;
  2. Свойства эксплуатации металла изменяются за счет нагрева изделий в жидкости, газовой или твердой среде, что улучшает ее характеристики;
  3. Нагревание деталей можно до разных температур, нет ограниченной константы и точных рекомендаций. В домашних условиях процесс цементации проходит при температуре 500 градусов по Цельсию. В промышленных условиях с использованием профессионального оборудования температура нагрева в печи достигает более 1300 градусов по Цельсию. Следует знать, что температуру выбирают, учитывая концентрацию примесей и углерода.
  4. Профессионалы рекомендуют в домашних условиях цементировать низкоуглеродистые виды стали (приблизительно 0,2%). Например, лезвие от недорогого кухонного ножа, изготовленного из стали или небольшие детали.
  5. В структуру стали углерод проникает довольно медленно. Поэтому цементация лезвия ножа в условиях домашней процедуры происходит со скоростью не более 0,1 мл в час. Чтобы это же лезвие выдерживало более сильные нагрузки, нужно усиливать слой толщиной до 0,8 мл в час. Еще важно понимать, что цементация ножа или небольшого вала в условиях домашнего цеха займет минимум восемь часов. При этом следует удерживать определенную температуру в печи, чтобы не нарушить температурный режим.
  6. В процессе цементации изменяется не только свойство металла, но и его фазовый состав и атомная решетка. В целом поверхность получает такие же характеристики, как и при закалке, но при этом существует возможность контроля в узком диапазоне температур, чтобы избежать различных дефектов материала.
Читайте также:  Шуруповерт dexter li ion 18

Осуществить цементацию нержавеющий стали немного сложнее, но в то же время это качественно улучшит характеристики этого вида металла.

В какой среде возможна цементация стали

Процесс закалки проходит в различных условиях среды:

  • в твердой;
  • в газообразной;
  • в растворе электролита;
  • в виде специальной пасты;
  • в кипящем слое.

Чаще всего в условиях домашнего цеха проводится цементация стали графитом. Это сильно упрощает процесс, так как не нужно дополнительно еще заботиться о сильной герметичности печи.

В промышленном производстве чаще всего используют газ, так как этот способ сокращает время, затраченное на закалку.

Разновидности металла, который можно обрабатывать

Выделяют три основные группы металла, который используется для закалки:

  1. Сталь с неупрочняемой сердцевиной. В эту группу входят следующие марки стали, пригодной для цементирования — 20, 15 и 10. Эти детали имеют небольшой размер, используются для эксплуатации в бытовых условиях. Во время закалки происходит трансформация аустенита в феррито-перлитную смесь.
  2. Сталь со слабо упрочняемой сердцевиной. В эту группу вошли металлы таких марок, как 20Х, 15Х (хромистые низколегированные стали). В этом случае проводят дополнительную процедуру лигирования с помощью небольших доз ванадия. Это обеспечивает получение мелкого зерна, что приводит к получению более вязкого и пластичного металла.
  3. Сталь с сильно упрочняемой сердцевиной. Этот вид металла используют для изготовления деталей со сложной конфигурацией или большим сечением, которые выдерживают различные ударные нагрузки, подвергаются воздействию переменного тока. В процессе закалки вводится никель или при его дефиците используют марганец, при этом для дробления зерна добавляют малые дозы титана или ванадия.

В целом процесс цементации стали необходим для улучшения износостойкости и прочности деталей.

Чаще всего цементации подвергаются валы, оси, лезвия ножей, детали подшипников и зубчатые колеса.

Как происходит цементация стали в твердой среде на предприятии и в условиях домашнего цеха?

Смесь для твердой цементации готовится из бария, кальция с древесным углем и углекислого натрия. Уголь лучше брать из дуба или березы и разделить его небольшие фракции, не более десяти миллиметров. Чтобы удалить лишнюю пыль, уголь рекомендуют просеять. Соли тоже измельчают до состояния порошка и пропускают через сито.

Существует две методики для приготовления смеси:

  1. Уголь из дерева поливают солью, которую предварительно растворяют в воде. Получившуюся смесь высушивают, ее влажность должна быть не более 7%.
  2. Сухой уголь и соль тщательно перемешивают, чтобы исключить возможность появления пятен уже в процессе химической и термической обработки.

При этом, первая методика считается более качественной. Так как она гарантирует, что смесь выйдет равномерной, а результат без пятен и разводов. Готовую смесь еще называют карбюризатором.

Сам процесс твердой цементации проходит в специальных ящиках, где насыпана смесь в нужном количестве. Идеально, если ящики соответствуют размеру и форме изделия, которое обрабатывают. Так как в этом случае снижаются затраты времени на прогрев тары, а качество слоя цементации улучшается. Для избежания утечки газа щели замазывают специальной огнеупорной глиной и накрывают все плотно прилегающей крышкой.

Следует обратить внимание, что изготавливать тару, идеально подходящую, экономически выгодно, если речь идет о конвейерной процедуре. Если же нужно одну или две детали закалить, то лучше выбрать тару универсальной формы — квадратную, круглую или прямоугольную.

Ящики выбирают из малоуглеродистой или жаростойкой стали.

Сам процесс цементации в твердой смеси проходит следующим образом:

  • детали, которые необходимо закалить, равномерно укладываются в ящики, наполненные твердым карбюризатором;
  • печь разогревают до 900−1000 градусов и подают в нее тару с изделиями;
  • прогрев ящиков проходит при температуре от 500 до 700 градусов. Этот прогрев называют сквозным. Сигналом, что печь накалилась до нужной температуры служит однородный цвет подовой плиты, на ней больше нет темных участков под ящиками;
  • температуру поднимают до 900 или 1000 градусов по Цельсию.

Именно при таком температурном режиме происходят диффузные изменения в структуре деталей на уровне атомов.

В домашних условиях достаточно сложно нагреть печь до нужной температуры и выдержать весь температурный режим от начала и до конца. При этом все возможно. Следует помнить, что эффективность домашней цементации намного ниже, чем промышленной.

Цементуемые стали с помощью газа

Впервые цементацию стали газом осуществили на Златоусовском комбинате под бдительным руководством П. Аносова. Этот эффективный способ разработали В. Просвирин, С. Ильинский и Н. Минкевич.

Суть процесса достаточно проста — металл цементируется под влиянием углеродсодержащего газа (природного, искусственного или генераторного) в герметически закрытой печи.

Самый доступный и часто используемый газ — это состав, который получают при разложении нефтепродуктов.

Его изготавливают следующим способом:

  • в специальную емкость из стали наливают керосин, нагревают до процесса пиролиза — разложения керосина на смесь из нескольких газов;
  • примерно 60% этого газа модифицируют и делают подходящим для цементации.

Смесь из модифицированного газа и чистого пиролизного газа используют для цементации. Необходимость модификации части газа вызвана тем, что от использования чистого пиролизного газа на стали получается недостаточная цементация, а на некоторых деталях может оседать немного сажи, которую сложно удалять.

Сам процесс цементации стали с помощью газа проводят на специальных печах-конвейерах непрерывного действия. Либо используют уникальные стационарные агрегаты.

Сначала в печь, ее муфель, помещают деталь. Установку закрывают и накаляют печь до 950 градусов. Потом подают заранее подготовленный газ.

Провести эту процедуру в домашних условиях практически нереально.

В то же время она имеет несколько преимуществ перед твердым способом обработки:

  • меньше времени затрачивается на подготовку сырья для цементации;
  • более благоприятные и безопасные условия для труда рабочих;
  • ускорение процесса закалки за счет сокращения времени на выдержку изделий.

Самое важное при цементации стали — это грамотно организованный процесс и качественное оборудование и сырье. Твердый способ вполне можно реализовать в домашних условиях при наличии печи, карбюризатора и металлических форм. А также определенных умений и навыков, связанных с этим процессом закалки стали.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector