Цементация — это технология насыщения углеродом верхнего слоя детали из стали углеродом. Цель цементации стали — создать износостойкий твердый слой продукта, сохранить заданные параметры вязкости сердцевины.
Процесс цементации стали стартует с разогрева изделия в контейнерах с углеродосодержащими веществами (древесный уголь, карбюризаторы) при температуре 850-950°С. При этом атомы углерода диффундируют в поверхностные слои металла, образуя твердые карбиды.
Глубина слоя регулируется временем выдержки при постоянной температуре. После изделие закаливается для получения мартенситной структуры, высокой твердости поверхности.
Какие стали подвергаются цементации
Технология применима для следующих видов стали:
- Углеродистые с содержанием углерода 0,1-0,25%. Хорошо цементируются, образуют твердый поверхностный слой.
- Низколегированные, содержащие до 2-3% легирующих элементов (Mn, Cr, Ni, Mo). Обладают повышенной прочностью и вязкостью сердцевины по завершению процедуры.
- Конструкционные типа 20Х, 30ХГСА, 40Х.
- Инструментальные У8-У13 цементируют для повышения износостойкости режущего инструмента. После процедуры их твердость может достигать 62-64 HRC.
- Нержавеющие мартенситного класса (40Х13, 30Х13) обрабатывают для повышения твердости поверхности.
Основные требования к сталям — содержание углерода не более 0,25%, отсутствие вредных примесей (S, P), склонность к мартенситному превращению.
Виды цементации стали
Как происходит цементация стали? Существует несколько основных способов:
- Жидкостная — насыщение поверхности углеродом из расплавленных солей (обычно цианистых). Процесс протекает при температуре 850-950°C, позволяет получить слой высокой твердости.
- Газовая — науглероживание в газовой среде: пропан, метан, природный газ. Происходит при температуре 900-950°С. Главная особенность метода — высокая производительность процесса.
- Вакуумная — проводится в вакуумных печах при давлении не более 10 мм рт.ст. На выходе получается высококачественное цементованное покрытие.
- В твердой среде — насыщение углеродом из твердого карбюризатора (древесный уголь, кокс). Процесс длительный, применяется реже других видов.
- Обработка твердыми карбюризаторами- это традиционный метод цементации. Стальные детали располагаются в контейнерах со специальным порошковым карбюризатором (например, смесью древесного угля с карбидом бария или кальция). После этого контейнеры помещаются в печи и подвергаются нагреву до определенных температур. Процесс проходит в течение нескольких часов для достижения требуемой глубины науглероживания.
- Обработка электролитным раствором — используется реже и представляет собой процесс насыщения поверхности углеродом при помощи электролиза в растворах углеводородов. Зачастую этот метод применяется для получения более тонкого слоя цементации или в специфических производствах.
- Обработка с помощью паст — эта методика предусматривает использование специализированных паст, содержащих углеродистые компоненты. Пасты наносятся на поверхность изделий перед помещением их в печь для диффузии углерода в поверхностный слой металла.
Выбор конкретного способа зависит от требований, производительности, стоимости. Жидкостная и газовая методики наиболее распространены в промышленности.
Как цементация меняет свойства стали
Цементация приводит к образованию высокоуглеродистого слоя на поверхности обрабатываемых деталей. Этот слой значительно увеличивает твердость и износостойкость за счет формирования мартенситной или троститной фазы после последующего закалочного отпуска. При этом ядро изделия сохраняет свою первоначальную гранулированную или перлитную структуру, что обеспечивает необходимую пластичность и вязкость.
В результате целенаправленной изменяемости свойств можно создать детали с “трудоспособной” сердцевиной и высокопрочной рабочей поверхностью, что оказывается важным для многих элементов конструкций: зубчатых колес, шестеренок, осей, подшипниковых частей и так далее. Это делает возможным расширять эксплуатационные возможности различных машинных агрегатов без значительного увеличения затрат на материалы благодаря использованию более дешёвых видов стали для основания изделий.
Преимущества метода
Главная цель метода обработки — это сохранение вязкой сердцевины при повышении твердости и износостойкости детали. Главные достоинства цементации:
- Повышенная твердость поверхности (до 62-65 HRC для инструментальных сталей). Это резко увеличивает износостойкость и сопротивление усталости.
- Сохранение высокой вязкости/прочности сердцевины детали.
- Возможность цементации конструкций сложной формы.
- Хорошее сопротивление коррозии цементованной поверхности.
- Высокая производительность и относительная дешевизна процесса.
Доп. обработка влияет на следующие свойства металла:
- повышает твердость и устойчивости поверхности к механическому воздействию;
- увеличивает предел выносливости;
- повышает сопротивление усталости;
- улучшает обрабатываемость резанием (за счет вязкой сердцевины).
Цементация — это про оптимальное сочетание свойств поверхности и сердцевины детали. Технология незаменима при обработке ответственных деталей машин и механизмов.
__________________________________________________________________
Рыжов Н. М. и др. Вакуумная цементация хромоникелевой стали //Металловедение и термическая обработка металлов. – 2008. – №. 2. – С. 25-29. Тельдеков В. А., Гуревич Л. М. Исследование технологии цементации стали без применения эндотермических атмосфер //Известия Волгоградского государственного технического университета. – 2020. – №. 10. – С. 77-82. Рыжов Н. М. и др. Особенности вакуумной цементации теплостойкой стали в ацетилене //Металловедение и термическая обработка металлов. – 2004. – №. 6. – С. 10-15. Власенкова Р. А. Цементация стали (науглероживание) //Наука в движении: от отражения к созданию реальности. – 2020. – С. 36-40.
Заказать звонок
Написать на почту
Telegram