Цементация стали: особенности технологии и марки стали для цементации

Содержание статьи:

• Марки стали под цементацию;
• Особенности технологии цементации;
• С применением твердого карбюризатора;
• Газовая технология цементации.

Цементация или науглероживание – химико-термический процесс обработки изделий из стальных сплавов, цель которой заключается в насыщении поверхности заготовки углеродными соединениями в карбюризаторе при воздействии высокой температуры. Чтобы достичь необходимых эксплуатационных свойств обрабатываемых изделий после цементации осуществляется закаливание с низким отпуском. Ключевое назначение данного типа ХТО – обеспечение твердости и прочности поверхности продукции.

Марки стали под цементацию

Данная разновидность ХТО применяется для:

• низкоуглеродистых сталей, содержащих C в пределах от 0,1% до 0,18%;
• низкоуглеродистых легированных сплавов;
• среднеуглеродистых стальных изделий, содержащих C в диапазоне от 0,2% до 0,3%, если предполагается изготовление крупных деталей (после обработки сохраняются показатели вязкости сердцевины, но поверхность изделия становится более твердой).

Особенности технологии цементации

ХТО детали применяется после механической подготовки изделия. Нередко возникает необходимость упрочнения лишь определенной части заготовки, а не всей ее поверхности. В данном случае участки, не требующие повышения показателей прочности, обрабатываются слоем меди минимальной толщины электролитическим методом или же покрываются специально предусмотренными веществами – обмазками. В качестве обмазывающих средств может использоваться асбест, песок, жидкое стекло или глина с огнеупорными свойствами. Выделяют несколько технологий цементации стальных изделий.  

С применением твердого карбюризатора

В данном случае в качестве источника атомарного углерода применяется древесный уголь и активизирующие вещества, к примеру, углекислый барий и кальцинированная сода. Подготовленные изделия укладываются в литые чугунные или сварные стальные емкости. Внутрь ящика круглой или прямоугольной формы помещается древесный уголь слоем в 2-3 см, после чего укладывается первый ряд заготовок с предусмотренным отступом между деталями и стенками резервуара. Количество слоев определяется стандартами технологии. Толщина слоя карбюризатора между рядами заготовок составляет 1-1,5 см. Толщина верхнего слоя карбюризатора варьируется в пределах от 3,5 см до 4,0 см. Емкость закрывается крышкой, зазоры герметизируются огнеупорной глиной или глиняно-песчаной смесью.

Цементация происходит при температуре 910-930°C. Время нахождения заготовок в печи рассчитывают по такому принципу: 7-9 минут на каждый сантиметр самого малого параметра емкости. Качественность прогрева определяется состоянием подины печи (если на поверхности отсутствуют темные пятна в местах соприкосновения с резервуаром, значит нагрев можно прекратить). После нагревания емкость остужают до 400-500°C, после чего ее открывают.

Газовая технология цементации

Данный процесс считается более производительным, в сравнении с описанным выше, благодаря чему технология пользуется популярностью в промышленной сфере при массовом производстве.

Достоинства газовой химико-термической обработки:

• возможность контролирования содержания углеродных соединений в поверхностном слое;
• сокращение длительности ХТО, обусловленная отсутствием необходимости прогрева резервуара;
• полная автоматизация процесса;
• существенное упрощение заключительного процесса термической обработки, так как закалка осуществляется прямо из цементационной печи.

Достичь оптимальных показателей твердости и износостойкости можно при помощи цементации в среде, состоящей из метана, пропан-бутановых смесей, а также различных углеродов. Процесс осуществляется при температуре в пределах 910-930°C в печах шахтного типа. Процесс обработки, как правило, занимает от 6 до 12 часов.

Науглероживание также может осуществляться в электролитных растворах, кипящих слоях или же пастообразных смесях.