Що таке цементація сталі

Сама по собі цементація сталі є процесом, в основі якого лежить хіміко-термічна обробка. Суть її полягає в здійсненні дифузійного насичення поверхні зазначеного матеріалу достатньою кількістю вуглецю під час нагрівання в певному середовищі.

Основним завданням зазначеного процесу є проведення збагачення верхнього шару машинних деталей і елементів необхідною кількістю вуглецю, відсотковий вміст якого в цьому випадку може становити 0,8-1,1%. У результаті такої операції після здійснення загартування отримують високий рівень твердості матеріалу, при цьому його пластична серцевина зберігається. Це важливі властивості цього процесу.

Різновиди

За ступенем міцності утворення серцевини заведено виділяти три основні групи оброблюваного матеріалу:

● З незміцнюваною серцевиною. До цієї групи входять такі марки цементованих сталей вуглецевих, як 10, 15, 20. Використовують їх у деталях з невеликими розмірами і маловідповідальними функціями. У цьому випадку під цементованим шаром під час здійснення загартування відбувається перетворення аустеніту на ферито-перлітну суміш.

● Із серцевиною, що зміцнюється слабо. До складу цієї групи входять хромисті низьколеговані сталі таких марок, як 15Х, 20Х. Тут проведення додаткового легування за допомогою малих добавок ванадію забезпечує отримання дрібнішого зерна, що призводить до поліпшення пластичності та в'язкості матеріалу.

● З сильно зміцнюваною серцевиною. Сталі цієї групи застосовують при виготовленні деталей, які мають великий переріз або складну конфігурацію, а також зазнають впливу значних ударних навантажень або піддаються впливу чималих змінних напружень. У них здійснюють введення нікелю ❲12Х2Н4А, 12ХНЗА, 20ХН❳. Через дефіцитність цього матеріалу іноді проводять його заміну марганцем, при цьому застосовують введення невеликої кількості ванадію або титану для дроблення зерна.

Здебільшого цементація сталі використовується для утворення високого відсоткового співвідношення твердості поверхні деталі, а також для досягнення високої зносостійкості, що створюється завдяки застосуванню термічного оброблення після проведення зазначеного процесу.

Які деталі піддаються цій операції

Цементація сталі застосовується для таких виробів:

- зубчастих коліс;

- «пальців»;

- валів;

- осей;

- важелів;

- «черв'яків»;

- деталей підшипників ❲ великогабаритних кілець і роликів❳ та ін.

Способи цементації

Якщо існує кілька видів зазначеного матеріалу, то для кожного з них застосовуватиметься своя власна методика цього процесу. Як правило, цементована сталь може створюватися в різних умовах і середовищах, а також за обов'язкової температури від 850 до 950 градусів за Цельсієм. Тому поділяють кілька методів цієї дії:

1. Процес цементації, що відбувається у твердому карбюризаторі. У цьому випадку можливе використання органічних речовин ❲шкірок тварин, деревини тощо ❳ та неорганічних ❲коксу❳ у поєднанні з різними активаторами. Збагачення вуглецем відбуватиметься під час проведення хімічної реакції його окислення. Застосування активаторів у цьому разі сприяє кращому та швидшому її протіканню. Такий метод особливо доцільний для досягнення великих глибин вуглецювання. Він є ефективним при штучному виготовленні сталевих виробів. Однак цей процес дуже трудомісткий, він тягне за собою великі витрати сил, часу та енергії.

2. Процес цементації, що відбувається під впливом газів. У цьому методі заведено використовувати збагачені гази ❲природний, магістральний та ін. ❳ або категорію інертних ❲азот❳. Все залежить від індивідуального підходу. До того ж цементована сталь на основі газів створюється з малим відсотком аліфатичних граничних вуглеводнів, пропану або алканів. Найчастіше цей метод застосовується в масштабному виробництві, але є дуже витратним у плані грошових коштів. Схожий спосіб застосовується при термічному виробництві. При цьому в гарячу ротортну піч вводять суміші органічних високомолекулярних сполук ❲наприклад, скипидару, етилового спирту тощо.❳, які, своєю чергою, мають здатність розпаду під впливом каталізаторів ❲нікелевих❳.

3. Процес рідинної цементації. Його застосовують у ціанідних і безціанідних ваннах. Кожне з цих середовищ характеризується своїми особливостями, перевагами і недоліками. Наприклад, ціанідні ванни не належать до категорії нешкідливих. Їх заведено класифікувати як небезпечні носії не тільки для навколишнього середовища, а й для людини. Тому під час роботи з таким матеріалом необхідно намагатися дотримуватися всіх запропонованих заходів безпеки, щоб уникнути неблагополучних наслідків. А ось метод, заснований на безціанідній ванні, не рекомендовано застосовувати з огляду на те, що він призводить до незворотного забруднення довкілля і завдає йому величезної шкоди. Зазначені способи якщо і застосовують на практиці, то тільки лише для отримання невеликих глибин навуглецювання.

Термообробка цементованих виробів

Цей процес є також досить важливим етапом обробки деталей. Адже навіть після цементації виріб не має високого відсотка зносостійкості та надійності. Тому завершальним кроком у цьому разі слугує робота із загартовування та відпуску. Процес загартування характеризується низкою особливостей і властивостей. Весь процес цементації проходить під впливом зростання зерна, а його віддача за перерізом є неоднаковою і витрачається нерівномірно. Тому в роботі виділяють кілька етапів загартування, кожен з яких відбувається в певних температурних умовах.