Цементация стали виды, износостойкость, пошаговая инструкция

Как осуществляется газовая цементация стали

Цементация – это технология насыщения поверхности стального изделия углеродом. Цементация применяется в случаях, когда по условиям эксплуатации деталей и механизмов необходимо чтобы изделие имело очень твердую поверхность и «вязкую» сердцевину.

  • Технология цементации стали
  • Газовая цементация стали
  • Особенности технологии газовой цементации
  • Преимущества цементации в газовом карбюризаторе
  • Недостатки цементации в газовом карбюризаторе

Технология цементации стали

Существует несколько видов цементации стали, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки:

  • Цементация в твердой среде;
  • Цементация в газовой среде;
  • Цементация в кипящем слое эндогаза с добавкой метана;
  • Цементация в растворе электролита.

Основными видами цементации являются процессы, идущие в твердом и газовом карбюризаторе. Как уже было сказано, цель данной операции – «насытить» поверхностный слой изделия из стали углеродом до содержания 0,75-1,25%. Далее изделие подвергается термообработке: закалке и отпуску.

Обработанная таким образом деталь обладает высокой износостойкостью поверхностного слоя и способностью воспринимать знакопеременные нагрузки. Цементации подвергают следующие детали машин и механизмов: коленчатые валы, оси, цапфы подшипников, плунжеры, толкатели и другие детали, работающие в тяжелых условиях знакопеременных и истирающих нагрузок.

Процесс насыщения поверхностного слоя углеродом идет со скоростью примерно 0,1 миллиметр за час выдержки в среде с высоким содержанием свободного углерода. Учитывая, что для большинства изделий необходимо получить упрочненный слой не менее 0,7 мм, цементацию стали можно охарактеризовать как «длительный процесс».

Цементации подвергаются изделия, изготовленные из легированных сталей с содержанием собственного углерода от 0,15 до 0,25%, способные к упрочнению поверхностного слоя и сохранению «вязкости» сердцевины после закалки.

Газовая цементация стали

Технология газовой цементации стали разработана и реализована русским П.П. Аносовым в 1837 году на Златоустовском металлургическом заводе. В этом случае процесс насыщения углеродом происходит в герметичных муфельных печах при температуре 930-1050 градусов Цельсия, в среде газов содержащих свободный углерод. Это такие газообразные среды как: метан, светильного газ или газ, образующийся в процессе пиролиза керосина, бензола или машинного масла.

Особенности технологии газовой цементации

Газовая цементация, является преимущественной технологией в крупносерийном и массовом производстве. С помощью газовой цементации можно достигнуть значительной глубины насыщения углеродом (от 0,5 до 2 миллиметров).

Различают стандартную цементацию (процесс идет при температуре 950 градусов Цельсия) и ускоренную цементацию – при температуре 1000-1050 градусов Цельсия. Увеличением температуры процесса можно достичь двукратного уменьшения времени насыщения углеродом (со стандартных 15 часов до «ускоренных» 8 часов).

Читайте также:  Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов и соединений

Газовая цементация

При газовой цементации в качестве карбюризаторов применяют различные газы и газовые смеси. Детали нагреваются в специальных герметически закрытых печах, в которые непрерывным потоком подает цементирующий углеродсодержащий газ. Такими газами являются естественные (природные) газы, а также искусственные газы. Для газовой цементации используется и жидкий карбюризатор метанол (бензол, пиробензол, керосин, синтин и др.), который подается непосредственно в рабочее пространство печи. При высокой температуре происходит разложение жидкого карбюризатора, в результате чего образуется цементирующий газ. Газовая цементация деталей производится при температуре 900—950° С. Время выдержки при газовой цементации меньше, чем при цементации в твёрдом карбюризаторе, так как твёрдый карбюризатор обладает малой теплопроводностью. Обычно перед закалкой, детали охлаждают до более низкой температуры (820—840° С), т. е. подстуживают и после этого закаливают. Завершающей операцией термической обработки всегда является низкий отпуск, проводимый при температуре 150-180°С. В результате в поверхностном слое получается структура мартенсита отпуска, частично снимаются напряжения. При непосредственной закалке с подстуживанием уменьшается коробление деталей, уменьшается количество остаточного аустенита и значительно сокращается технологический процесс. При газовой цементации удобно и легко регулировать количество и состав подаваемого газа. Процесс газовой цементации можно полностью механизировать и автоматизировать. Газовая цементация может проводиться в печах со встроенной закалочной ванной (проходные).

В результате цементации и последующей термообработки(закалка+отпуск), на поверхности изделия образуется слой заэвтектоидной стали, состоящий из перлита и цементита. По мере удаления от поверхности, содержание углерода снижается, и следующая зона состоит только из перлита. Затем появляются зерна феррита, их количество, по мере удаления от поверхности увеличивается. И, наконец, структура становится отвечающей исходному составу.

Зависимость толщины цементованного слоя от времени и температуры обработки.

Распределение микротвердости стали 18 ХГТ по толщине слоя после цементации и термообработки

Зачем и как делать цементацию стали

Во время обработки стали на производстве, используются различные виды оборудования и химические вещества. Одним из процессов обработки является цементация стали. Это химико-термическое воздействие, во время которого материал разогревается, и его атомная решётка перестраивается. Дополнительно к этому, в состав металла попадают необходимые вещества для изменения его свойств.

Цементация стали

Общие сведения о процессе цементации стали

Цементация стали — особый термический процесс, обладающий множеством особенностей:

  1. При равномерном разогревании, металл обрабатывается в жидкой, твёрдой или газовой среде. Одновременно с этим, свойства стали изменяются.
  2. Качество цементированного слоя улучшается благодаря тому, что во время плавного разогревания в металл проникает углерод. Повышается его прочность и износоустойчивость.
  3. Цементация может проводится при различных температурах. При проведении манипуляций на производстве, температура нагрева достигает 1200 градусов. При обработке в домашних условиях, оптимальной температурой считается показатель в 500 градусов.
  4. Поверхность металла получает идентичные характеристики, что и при повторной закалке. Это объясняется тем, что процесс равномерного разогревания изменяет атомную решётку материала.
Читайте также:  Сердце на машину на свадьбу своими руками - мастер класс

Подведя итоги, можно сказать о том, что цементация стали похожа на процесс закалки, однако, при такой обработке металл получает более высокие эксплуатационные характеристики.

При самостоятельной обработке, не нужно надеяться на быстрый эффект. Максимальная скорость цементации, проводимой самостоятельно, может достигать 0.1 в час. Оптимальный размер упрочнения ножа для бытового использования должен составлять 0.8 мм. Следовательно, процесс займёт не менее 8 часов.

Свойства металла после обработки

После цементации увеличивается прочность используемых заготовок. На поверхности металла образуется науглероженный слой. Его твердость легированной стали не превышает 58–61 HRC, а в металлах с малым содержанием углерода — 60–64 HRC. Чтобы убрать крупные зёрна, образующиеся после термической обработки, заготовку нагревают повторно, а после этого проводят отпуск.

Дополнительная закалка для исправления недочетов должна проводиться при температуре в 900 градусов. Крупные зерна измельчаются благодаря образованию перлита и феррита. Если речь идет о легированной стали, в качестве дополнительной обработки проводится нормализация. На заключительном этапе обработки, заготовка подвергается низкотемпературному отпуску.

Отпуск стали (Фото: Instagram / rosneftegazinstrument)

Классификация среды в которой проходит цементация стали

Обогащение стали углеродом и изменение атомной решетки металла может проводиться в разной среде:

  • твердой;
  • газообразной;
  • жидкой;
  • электролитическом растворе.

Также возможно проведение цементирования с помощью паст.

Каждый из способов обработки требует отдельного рассмотрения, так как обладает своими особенностями.

Цементация с использованием твердой среды

Чтобы обработка прошла успешно, необходимо использовать твёрдый карбюризатор. На производстве для этого используют смесь древесного угля, полученную из дуба и берёзы. Дополнительно, к углю добавляется соль угольной кислоты, которая насыщена кальцием или другими щелочными металлами. Чтобы углерод выходил быстрее и насыщал сталь, заранее подготовленную смесь дробят до мелкой фракции. Она просеивается сквозь несколько сит, чтобы на выходе получились одинаковые крупицы размером в 10 мм.

  1. Когда смесь подготовлена, её помещают в ящики.
  2. Позже в них закладываются заготовки. Ящики герметизируются со всех сторон и разогреваются до 800 градусов.
  3. Температура медленно повышается до 950 градусов.

Длительность обработки будет зависеть от того, какую толщину углеродного слоя необходимо получить на выходе.

Древесный уголь (Фото: Instagram / coalbaltic)

Цементация в газовой среде

Обработка в газовой среде применяется при изготовлении двигателей. Сталь обогащается углеродом только на 2 мм вглубь. В качестве газов используются любые смеси, обогащенные углеродом.

  1. Заготовки помещаются в герметичную печь. Она разогревается до 950 градусов.
  2. Постепенно, в печь начинает подаваться газ, насыщенный углеродом.
  3. Выдерживается заготовка в течение 12 часов.

На поверхности стали нарастает слой 1,2 мм. Если нужно ускорить обработку, температуру могут поднимать свыше 1000 градусов. Благодаря этому, процесс сокращается на 4 часа.

Цементация в жидкой среде

Под словами «жидкая среда» подразумеваются расплавленные соли.

  1. Ванны с расплавленной солью разогревают до 850 градусов.
  2. В них опускают заготовки и оставляют на продолжительное время.
Читайте также:  ВАЗ 2110 установка электропомпы на авто

Чтобы получить цементируемую сталь в жидкой основе, максимальная толщина слоя должна составлять 0.5 мм. Чтобы получить такой результат, необходимо выждать 3 часа.

Ванны с расплавленной солью

Цементация в вакууме

Чтобы ускорить процесс обработки стали, применяется способ цементации в вакууме. Этапы обработки:

  1. Изначально, заготовки раскладываются в печи. Она герметизируется.
  2. Внутри создаётся вакуум.
  3. Начинается разогрев печи до определённой температуры.
  4. Выдержка в среднем занимает 60 минут.
  5. Далее, камера заполняется углеводородным газом. Верхние слои обогащаются углеродом.
  6. В печи повторно создаётся вакуум.

Науглероженный слой требуемой толщины получается только после трёх стадий создания вакуума и подачи углеводорода под давлением. Охлаждаются заготовки в печи, с помощью инертных газов.

Цементация пастами

Один из популярных способов цементации — обработка с помощью паст. Они состоят из пыли древесного угля. Пасты наносятся на заготовку. Состав накладывается таким слоев, чтобы он был больше в 8 раз, чем требуемая толщина углеродного слоя. Далее, заготовки помещаются в индукционную печь и разогреваются до температуры в 1000–1100 градусов.

Цементация в электролитическом растворе

Процесс обработки подразумевает под собой помещение заготовок в раствор электролита. Изначально, он нагревается до 450–1050 градусов. Далее, в раствор подаётся напряжение в 150–300 вольт. Происходит обогащение металла углеродом.

Обработанные изделия (Фото: Instagram / zubixdetal)

Недостатки цементации

Помимо явных преимуществ, цементация стали обладает определёнными недостатками:

  1. Изменяется структура металла. Требуется финишная обработка.
  2. Для проведения работ требуется опыт и дорогостоящее оборудование.

Цементация стали своими руками

Чтобы провести цементацию стали в домашних условиях, нужно выбрать обработку заготовок в твёрдой среде. Он не требует покупки дорогостоящего оборудования и большого практического опыта для проведения работ.

В первую очередь, необходимо сделать карбюризатор. Для этого можно использовать две смеси:

  1. Смешивается одинаковое количество соли и древесного угля. Они тщательно перемешиваются между собой. Крупные части измельчаются.
  2. Другая смесь изготавливается из древесного угля, который требуется изначально полить солёной водой и просушить.

По технологии обработки в твёрдой среде, требуется запекать заготовки в специальных ящиках. Их нужно изготовить из жаропрочной стали. Щели и места соединений, необходимо герметизировать с помощью глины. Кроме печи, для разогрева не нужно использовать дополнительных приспособлений. Её требуется равномерно разогреть до 700 градусов. Проблемы при домашнем производстве могут возникать только с нагнетанием высокой температуры. При меньшей температуре, значительно увеличивается процесс выдержки металла в печи.

При самостоятельном проведении металлообработки, можно воспользоваться способом обработки в газовой среде. Однако, для этого требуется приобрести дорогостоящее оборудование, которое будет рентабельным только при производстве различных изделий в большом количестве.

Цементация стали позволяет не только насытить её углеродом, но и изменить атомную структуру. Заготовки становятся прочнее и долговечнее. Выполнить обработку можно в домашних условиях, однако, на производстве доступно больше способов обогащения стали углеродом.

Ссылка на основную публикацию
Цвета кузова Шкода Карок — Skoda Karoq Club
Как узнать номер краски кузова SKODA Octavia A5, купить карандаш для сколов Блог «Legnum ИНФО» Самый неприятный — покраска элемента...
Характеристики Тойота Приус отзывы владельцев, недостатки и плюсы
Toyota Prius 30 кузов, 3 поколение, технические характеристики, фото Компанией Toyota в 2009 году было представлено 3-е поколение легендарной модели...
Характеристики топливного бака в Рено Логан
Заправочные объемы ГСМ Renault Logan Поломки и достоинства авто Renault LOGAN – любимое авто многих отечественных водителей. Надежный, компактный, безопасный...
Цвета кузова Шкоды Кодиак варианты и особенности
Цвет бежевый капучино металлик шкода Автор статьи: SkodaKodiaq.club Шкода Кодиак цвет Каппучино Бежевый Cappuccino Beige фото Skoda Kodiaq предлагается в...

Цементация стали виды, износостойкость, пошаговая инструкция

Как осуществляется газовая цементация стали

Цементация – это технология насыщения поверхности стального изделия углеродом. Цементация применяется в случаях, когда по условиям эксплуатации деталей и механизмов необходимо чтобы изделие имело очень твердую поверхность и «вязкую» сердцевину.

  • Технология цементации стали
  • Газовая цементация стали
  • Особенности технологии газовой цементации
  • Преимущества цементации в газовом карбюризаторе
  • Недостатки цементации в газовом карбюризаторе

Технология цементации стали

Существует несколько видов цементации стали, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки:

  • Цементация в твердой среде;
  • Цементация в газовой среде;
  • Цементация в кипящем слое эндогаза с добавкой метана;
  • Цементация в растворе электролита.

Основными видами цементации являются процессы, идущие в твердом и газовом карбюризаторе. Как уже было сказано, цель данной операции – «насытить» поверхностный слой изделия из стали углеродом до содержания 0,75-1,25%. Далее изделие подвергается термообработке: закалке и отпуску.

Обработанная таким образом деталь обладает высокой износостойкостью поверхностного слоя и способностью воспринимать знакопеременные нагрузки. Цементации подвергают следующие детали машин и механизмов: коленчатые валы, оси, цапфы подшипников, плунжеры, толкатели и другие детали, работающие в тяжелых условиях знакопеременных и истирающих нагрузок.

Процесс насыщения поверхностного слоя углеродом идет со скоростью примерно 0,1 миллиметр за час выдержки в среде с высоким содержанием свободного углерода. Учитывая, что для большинства изделий необходимо получить упрочненный слой не менее 0,7 мм, цементацию стали можно охарактеризовать как «длительный процесс».

Цементации подвергаются изделия, изготовленные из легированных сталей с содержанием собственного углерода от 0,15 до 0,25%, способные к упрочнению поверхностного слоя и сохранению «вязкости» сердцевины после закалки.

Газовая цементация стали

Технология газовой цементации стали разработана и реализована русским П.П. Аносовым в 1837 году на Златоустовском металлургическом заводе. В этом случае процесс насыщения углеродом происходит в герметичных муфельных печах при температуре 930-1050 градусов Цельсия, в среде газов содержащих свободный углерод. Это такие газообразные среды как: метан, светильного газ или газ, образующийся в процессе пиролиза керосина, бензола или машинного масла.

Особенности технологии газовой цементации

Газовая цементация, является преимущественной технологией в крупносерийном и массовом производстве. С помощью газовой цементации можно достигнуть значительной глубины насыщения углеродом (от 0,5 до 2 миллиметров).

Различают стандартную цементацию (процесс идет при температуре 950 градусов Цельсия) и ускоренную цементацию – при температуре 1000-1050 градусов Цельсия. Увеличением температуры процесса можно достичь двукратного уменьшения времени насыщения углеродом (со стандартных 15 часов до «ускоренных» 8 часов).

Читайте также:  Платное образование в школе с 2019 года закон принят или нет, последние новости, когда вступит в сил

Газовая цементация

При газовой цементации в качестве карбюризаторов применяют различные газы и газовые смеси. Детали нагреваются в специальных герметически закрытых печах, в которые непрерывным потоком подает цементирующий углеродсодержащий газ. Такими газами являются естественные (природные) газы, а также искусственные газы. Для газовой цементации используется и жидкий карбюризатор метанол (бензол, пиробензол, керосин, синтин и др.), который подается непосредственно в рабочее пространство печи. При высокой температуре происходит разложение жидкого карбюризатора, в результате чего образуется цементирующий газ. Газовая цементация деталей производится при температуре 900—950° С. Время выдержки при газовой цементации меньше, чем при цементации в твёрдом карбюризаторе, так как твёрдый карбюризатор обладает малой теплопроводностью. Обычно перед закалкой, детали охлаждают до более низкой температуры (820—840° С), т. е. подстуживают и после этого закаливают. Завершающей операцией термической обработки всегда является низкий отпуск, проводимый при температуре 150-180°С. В результате в поверхностном слое получается структура мартенсита отпуска, частично снимаются напряжения. При непосредственной закалке с подстуживанием уменьшается коробление деталей, уменьшается количество остаточного аустенита и значительно сокращается технологический процесс. При газовой цементации удобно и легко регулировать количество и состав подаваемого газа. Процесс газовой цементации можно полностью механизировать и автоматизировать. Газовая цементация может проводиться в печах со встроенной закалочной ванной (проходные).

В результате цементации и последующей термообработки(закалка+отпуск), на поверхности изделия образуется слой заэвтектоидной стали, состоящий из перлита и цементита. По мере удаления от поверхности, содержание углерода снижается, и следующая зона состоит только из перлита. Затем появляются зерна феррита, их количество, по мере удаления от поверхности увеличивается. И, наконец, структура становится отвечающей исходному составу.

Зависимость толщины цементованного слоя от времени и температуры обработки.

Распределение микротвердости стали 18 ХГТ по толщине слоя после цементации и термообработки

Зачем и как делать цементацию стали

Во время обработки стали на производстве, используются различные виды оборудования и химические вещества. Одним из процессов обработки является цементация стали. Это химико-термическое воздействие, во время которого материал разогревается, и его атомная решётка перестраивается. Дополнительно к этому, в состав металла попадают необходимые вещества для изменения его свойств.

Цементация стали

Общие сведения о процессе цементации стали

Цементация стали — особый термический процесс, обладающий множеством особенностей:

  1. При равномерном разогревании, металл обрабатывается в жидкой, твёрдой или газовой среде. Одновременно с этим, свойства стали изменяются.
  2. Качество цементированного слоя улучшается благодаря тому, что во время плавного разогревания в металл проникает углерод. Повышается его прочность и износоустойчивость.
  3. Цементация может проводится при различных температурах. При проведении манипуляций на производстве, температура нагрева достигает 1200 градусов. При обработке в домашних условиях, оптимальной температурой считается показатель в 500 градусов.
  4. Поверхность металла получает идентичные характеристики, что и при повторной закалке. Это объясняется тем, что процесс равномерного разогревания изменяет атомную решётку материала.
Читайте также:  Амперы в ватты формула и таблица перевода силы тока в мощность и обратно

Подведя итоги, можно сказать о том, что цементация стали похожа на процесс закалки, однако, при такой обработке металл получает более высокие эксплуатационные характеристики.

При самостоятельной обработке, не нужно надеяться на быстрый эффект. Максимальная скорость цементации, проводимой самостоятельно, может достигать 0.1 в час. Оптимальный размер упрочнения ножа для бытового использования должен составлять 0.8 мм. Следовательно, процесс займёт не менее 8 часов.

Свойства металла после обработки

После цементации увеличивается прочность используемых заготовок. На поверхности металла образуется науглероженный слой. Его твердость легированной стали не превышает 58–61 HRC, а в металлах с малым содержанием углерода — 60–64 HRC. Чтобы убрать крупные зёрна, образующиеся после термической обработки, заготовку нагревают повторно, а после этого проводят отпуск.

Дополнительная закалка для исправления недочетов должна проводиться при температуре в 900 градусов. Крупные зерна измельчаются благодаря образованию перлита и феррита. Если речь идет о легированной стали, в качестве дополнительной обработки проводится нормализация. На заключительном этапе обработки, заготовка подвергается низкотемпературному отпуску.

Отпуск стали (Фото: Instagram / rosneftegazinstrument)

Классификация среды в которой проходит цементация стали

Обогащение стали углеродом и изменение атомной решетки металла может проводиться в разной среде:

  • твердой;
  • газообразной;
  • жидкой;
  • электролитическом растворе.

Также возможно проведение цементирования с помощью паст.

Каждый из способов обработки требует отдельного рассмотрения, так как обладает своими особенностями.

Цементация с использованием твердой среды

Чтобы обработка прошла успешно, необходимо использовать твёрдый карбюризатор. На производстве для этого используют смесь древесного угля, полученную из дуба и берёзы. Дополнительно, к углю добавляется соль угольной кислоты, которая насыщена кальцием или другими щелочными металлами. Чтобы углерод выходил быстрее и насыщал сталь, заранее подготовленную смесь дробят до мелкой фракции. Она просеивается сквозь несколько сит, чтобы на выходе получились одинаковые крупицы размером в 10 мм.

  1. Когда смесь подготовлена, её помещают в ящики.
  2. Позже в них закладываются заготовки. Ящики герметизируются со всех сторон и разогреваются до 800 градусов.
  3. Температура медленно повышается до 950 градусов.

Длительность обработки будет зависеть от того, какую толщину углеродного слоя необходимо получить на выходе.

Древесный уголь (Фото: Instagram / coalbaltic)

Цементация в газовой среде

Обработка в газовой среде применяется при изготовлении двигателей. Сталь обогащается углеродом только на 2 мм вглубь. В качестве газов используются любые смеси, обогащенные углеродом.

  1. Заготовки помещаются в герметичную печь. Она разогревается до 950 градусов.
  2. Постепенно, в печь начинает подаваться газ, насыщенный углеродом.
  3. Выдерживается заготовка в течение 12 часов.

На поверхности стали нарастает слой 1,2 мм. Если нужно ускорить обработку, температуру могут поднимать свыше 1000 градусов. Благодаря этому, процесс сокращается на 4 часа.

Цементация в жидкой среде

Под словами «жидкая среда» подразумеваются расплавленные соли.

  1. Ванны с расплавленной солью разогревают до 850 градусов.
  2. В них опускают заготовки и оставляют на продолжительное время.
Читайте также:  Автосервисы Audi в Челябинске с адресами, отзывами и фото

Чтобы получить цементируемую сталь в жидкой основе, максимальная толщина слоя должна составлять 0.5 мм. Чтобы получить такой результат, необходимо выждать 3 часа.

Ванны с расплавленной солью

Цементация в вакууме

Чтобы ускорить процесс обработки стали, применяется способ цементации в вакууме. Этапы обработки:

  1. Изначально, заготовки раскладываются в печи. Она герметизируется.
  2. Внутри создаётся вакуум.
  3. Начинается разогрев печи до определённой температуры.
  4. Выдержка в среднем занимает 60 минут.
  5. Далее, камера заполняется углеводородным газом. Верхние слои обогащаются углеродом.
  6. В печи повторно создаётся вакуум.

Науглероженный слой требуемой толщины получается только после трёх стадий создания вакуума и подачи углеводорода под давлением. Охлаждаются заготовки в печи, с помощью инертных газов.

Цементация пастами

Один из популярных способов цементации — обработка с помощью паст. Они состоят из пыли древесного угля. Пасты наносятся на заготовку. Состав накладывается таким слоев, чтобы он был больше в 8 раз, чем требуемая толщина углеродного слоя. Далее, заготовки помещаются в индукционную печь и разогреваются до температуры в 1000–1100 градусов.

Цементация в электролитическом растворе

Процесс обработки подразумевает под собой помещение заготовок в раствор электролита. Изначально, он нагревается до 450–1050 градусов. Далее, в раствор подаётся напряжение в 150–300 вольт. Происходит обогащение металла углеродом.

Обработанные изделия (Фото: Instagram / zubixdetal)

Недостатки цементации

Помимо явных преимуществ, цементация стали обладает определёнными недостатками:

  1. Изменяется структура металла. Требуется финишная обработка.
  2. Для проведения работ требуется опыт и дорогостоящее оборудование.

Цементация стали своими руками

Чтобы провести цементацию стали в домашних условиях, нужно выбрать обработку заготовок в твёрдой среде. Он не требует покупки дорогостоящего оборудования и большого практического опыта для проведения работ.

В первую очередь, необходимо сделать карбюризатор. Для этого можно использовать две смеси:

  1. Смешивается одинаковое количество соли и древесного угля. Они тщательно перемешиваются между собой. Крупные части измельчаются.
  2. Другая смесь изготавливается из древесного угля, который требуется изначально полить солёной водой и просушить.

По технологии обработки в твёрдой среде, требуется запекать заготовки в специальных ящиках. Их нужно изготовить из жаропрочной стали. Щели и места соединений, необходимо герметизировать с помощью глины. Кроме печи, для разогрева не нужно использовать дополнительных приспособлений. Её требуется равномерно разогреть до 700 градусов. Проблемы при домашнем производстве могут возникать только с нагнетанием высокой температуры. При меньшей температуре, значительно увеличивается процесс выдержки металла в печи.

При самостоятельном проведении металлообработки, можно воспользоваться способом обработки в газовой среде. Однако, для этого требуется приобрести дорогостоящее оборудование, которое будет рентабельным только при производстве различных изделий в большом количестве.

Цементация стали позволяет не только насытить её углеродом, но и изменить атомную структуру. Заготовки становятся прочнее и долговечнее. Выполнить обработку можно в домашних условиях, однако, на производстве доступно больше способов обогащения стали углеродом.

Ссылка на основную публикацию
Цвета кузова Шкода Карок — Skoda Karoq Club
Как узнать номер краски кузова SKODA Octavia A5, купить карандаш для сколов Блог «Legnum ИНФО» Самый неприятный — покраска элемента...
Характеристики Тойота Приус отзывы владельцев, недостатки и плюсы
Toyota Prius 30 кузов, 3 поколение, технические характеристики, фото Компанией Toyota в 2009 году было представлено 3-е поколение легендарной модели...
Характеристики топливного бака в Рено Логан
Заправочные объемы ГСМ Renault Logan Поломки и достоинства авто Renault LOGAN – любимое авто многих отечественных водителей. Надежный, компактный, безопасный...
Цвета кузова Шкоды Кодиак варианты и особенности
Цвет бежевый капучино металлик шкода Автор статьи: SkodaKodiaq.club Шкода Кодиак цвет Каппучино Бежевый Cappuccino Beige фото Skoda Kodiaq предлагается в...

Цементация стали виды, износостойкость, пошаговая инструкция

Как осуществляется газовая цементация стали

Цементация – это технология насыщения поверхности стального изделия углеродом. Цементация применяется в случаях, когда по условиям эксплуатации деталей и механизмов необходимо чтобы изделие имело очень твердую поверхность и «вязкую» сердцевину.

  • Технология цементации стали
  • Газовая цементация стали
  • Особенности технологии газовой цементации
  • Преимущества цементации в газовом карбюризаторе
  • Недостатки цементации в газовом карбюризаторе

Технология цементации стали

Существует несколько видов цементации стали, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки:

  • Цементация в твердой среде;
  • Цементация в газовой среде;
  • Цементация в кипящем слое эндогаза с добавкой метана;
  • Цементация в растворе электролита.

Основными видами цементации являются процессы, идущие в твердом и газовом карбюризаторе. Как уже было сказано, цель данной операции – «насытить» поверхностный слой изделия из стали углеродом до содержания 0,75-1,25%. Далее изделие подвергается термообработке: закалке и отпуску.

Обработанная таким образом деталь обладает высокой износостойкостью поверхностного слоя и способностью воспринимать знакопеременные нагрузки. Цементации подвергают следующие детали машин и механизмов: коленчатые валы, оси, цапфы подшипников, плунжеры, толкатели и другие детали, работающие в тяжелых условиях знакопеременных и истирающих нагрузок.

Процесс насыщения поверхностного слоя углеродом идет со скоростью примерно 0,1 миллиметр за час выдержки в среде с высоким содержанием свободного углерода. Учитывая, что для большинства изделий необходимо получить упрочненный слой не менее 0,7 мм, цементацию стали можно охарактеризовать как «длительный процесс».

Цементации подвергаются изделия, изготовленные из легированных сталей с содержанием собственного углерода от 0,15 до 0,25%, способные к упрочнению поверхностного слоя и сохранению «вязкости» сердцевины после закалки.

Газовая цементация стали

Технология газовой цементации стали разработана и реализована русским П.П. Аносовым в 1837 году на Златоустовском металлургическом заводе. В этом случае процесс насыщения углеродом происходит в герметичных муфельных печах при температуре 930-1050 градусов Цельсия, в среде газов содержащих свободный углерод. Это такие газообразные среды как: метан, светильного газ или газ, образующийся в процессе пиролиза керосина, бензола или машинного масла.

Особенности технологии газовой цементации

Газовая цементация, является преимущественной технологией в крупносерийном и массовом производстве. С помощью газовой цементации можно достигнуть значительной глубины насыщения углеродом (от 0,5 до 2 миллиметров).

Различают стандартную цементацию (процесс идет при температуре 950 градусов Цельсия) и ускоренную цементацию – при температуре 1000-1050 градусов Цельсия. Увеличением температуры процесса можно достичь двукратного уменьшения времени насыщения углеродом (со стандартных 15 часов до «ускоренных» 8 часов).

Читайте также:  Автосервисы Audi в Челябинске с адресами, отзывами и фото

Газовая цементация

При газовой цементации в качестве карбюризаторов применяют различные газы и газовые смеси. Детали нагреваются в специальных герметически закрытых печах, в которые непрерывным потоком подает цементирующий углеродсодержащий газ. Такими газами являются естественные (природные) газы, а также искусственные газы. Для газовой цементации используется и жидкий карбюризатор метанол (бензол, пиробензол, керосин, синтин и др.), который подается непосредственно в рабочее пространство печи. При высокой температуре происходит разложение жидкого карбюризатора, в результате чего образуется цементирующий газ. Газовая цементация деталей производится при температуре 900—950° С. Время выдержки при газовой цементации меньше, чем при цементации в твёрдом карбюризаторе, так как твёрдый карбюризатор обладает малой теплопроводностью. Обычно перед закалкой, детали охлаждают до более низкой температуры (820—840° С), т. е. подстуживают и после этого закаливают. Завершающей операцией термической обработки всегда является низкий отпуск, проводимый при температуре 150-180°С. В результате в поверхностном слое получается структура мартенсита отпуска, частично снимаются напряжения. При непосредственной закалке с подстуживанием уменьшается коробление деталей, уменьшается количество остаточного аустенита и значительно сокращается технологический процесс. При газовой цементации удобно и легко регулировать количество и состав подаваемого газа. Процесс газовой цементации можно полностью механизировать и автоматизировать. Газовая цементация может проводиться в печах со встроенной закалочной ванной (проходные).

В результате цементации и последующей термообработки(закалка+отпуск), на поверхности изделия образуется слой заэвтектоидной стали, состоящий из перлита и цементита. По мере удаления от поверхности, содержание углерода снижается, и следующая зона состоит только из перлита. Затем появляются зерна феррита, их количество, по мере удаления от поверхности увеличивается. И, наконец, структура становится отвечающей исходному составу.

Зависимость толщины цементованного слоя от времени и температуры обработки.

Распределение микротвердости стали 18 ХГТ по толщине слоя после цементации и термообработки

Зачем и как делать цементацию стали

Во время обработки стали на производстве, используются различные виды оборудования и химические вещества. Одним из процессов обработки является цементация стали. Это химико-термическое воздействие, во время которого материал разогревается, и его атомная решётка перестраивается. Дополнительно к этому, в состав металла попадают необходимые вещества для изменения его свойств.

Цементация стали

Общие сведения о процессе цементации стали

Цементация стали — особый термический процесс, обладающий множеством особенностей:

  1. При равномерном разогревании, металл обрабатывается в жидкой, твёрдой или газовой среде. Одновременно с этим, свойства стали изменяются.
  2. Качество цементированного слоя улучшается благодаря тому, что во время плавного разогревания в металл проникает углерод. Повышается его прочность и износоустойчивость.
  3. Цементация может проводится при различных температурах. При проведении манипуляций на производстве, температура нагрева достигает 1200 градусов. При обработке в домашних условиях, оптимальной температурой считается показатель в 500 градусов.
  4. Поверхность металла получает идентичные характеристики, что и при повторной закалке. Это объясняется тем, что процесс равномерного разогревания изменяет атомную решётку материала.
Читайте также:  Сердце на машину на свадьбу своими руками - мастер класс

Подведя итоги, можно сказать о том, что цементация стали похожа на процесс закалки, однако, при такой обработке металл получает более высокие эксплуатационные характеристики.

При самостоятельной обработке, не нужно надеяться на быстрый эффект. Максимальная скорость цементации, проводимой самостоятельно, может достигать 0.1 в час. Оптимальный размер упрочнения ножа для бытового использования должен составлять 0.8 мм. Следовательно, процесс займёт не менее 8 часов.

Свойства металла после обработки

После цементации увеличивается прочность используемых заготовок. На поверхности металла образуется науглероженный слой. Его твердость легированной стали не превышает 58–61 HRC, а в металлах с малым содержанием углерода — 60–64 HRC. Чтобы убрать крупные зёрна, образующиеся после термической обработки, заготовку нагревают повторно, а после этого проводят отпуск.

Дополнительная закалка для исправления недочетов должна проводиться при температуре в 900 градусов. Крупные зерна измельчаются благодаря образованию перлита и феррита. Если речь идет о легированной стали, в качестве дополнительной обработки проводится нормализация. На заключительном этапе обработки, заготовка подвергается низкотемпературному отпуску.

Отпуск стали (Фото: Instagram / rosneftegazinstrument)

Классификация среды в которой проходит цементация стали

Обогащение стали углеродом и изменение атомной решетки металла может проводиться в разной среде:

  • твердой;
  • газообразной;
  • жидкой;
  • электролитическом растворе.

Также возможно проведение цементирования с помощью паст.

Каждый из способов обработки требует отдельного рассмотрения, так как обладает своими особенностями.

Цементация с использованием твердой среды

Чтобы обработка прошла успешно, необходимо использовать твёрдый карбюризатор. На производстве для этого используют смесь древесного угля, полученную из дуба и берёзы. Дополнительно, к углю добавляется соль угольной кислоты, которая насыщена кальцием или другими щелочными металлами. Чтобы углерод выходил быстрее и насыщал сталь, заранее подготовленную смесь дробят до мелкой фракции. Она просеивается сквозь несколько сит, чтобы на выходе получились одинаковые крупицы размером в 10 мм.

  1. Когда смесь подготовлена, её помещают в ящики.
  2. Позже в них закладываются заготовки. Ящики герметизируются со всех сторон и разогреваются до 800 градусов.
  3. Температура медленно повышается до 950 градусов.

Длительность обработки будет зависеть от того, какую толщину углеродного слоя необходимо получить на выходе.

Древесный уголь (Фото: Instagram / coalbaltic)

Цементация в газовой среде

Обработка в газовой среде применяется при изготовлении двигателей. Сталь обогащается углеродом только на 2 мм вглубь. В качестве газов используются любые смеси, обогащенные углеродом.

  1. Заготовки помещаются в герметичную печь. Она разогревается до 950 градусов.
  2. Постепенно, в печь начинает подаваться газ, насыщенный углеродом.
  3. Выдерживается заготовка в течение 12 часов.

На поверхности стали нарастает слой 1,2 мм. Если нужно ускорить обработку, температуру могут поднимать свыше 1000 градусов. Благодаря этому, процесс сокращается на 4 часа.

Цементация в жидкой среде

Под словами «жидкая среда» подразумеваются расплавленные соли.

  1. Ванны с расплавленной солью разогревают до 850 градусов.
  2. В них опускают заготовки и оставляют на продолжительное время.
Читайте также:  Платное образование в школе с 2019 года закон принят или нет, последние новости, когда вступит в сил

Чтобы получить цементируемую сталь в жидкой основе, максимальная толщина слоя должна составлять 0.5 мм. Чтобы получить такой результат, необходимо выждать 3 часа.

Ванны с расплавленной солью

Цементация в вакууме

Чтобы ускорить процесс обработки стали, применяется способ цементации в вакууме. Этапы обработки:

  1. Изначально, заготовки раскладываются в печи. Она герметизируется.
  2. Внутри создаётся вакуум.
  3. Начинается разогрев печи до определённой температуры.
  4. Выдержка в среднем занимает 60 минут.
  5. Далее, камера заполняется углеводородным газом. Верхние слои обогащаются углеродом.
  6. В печи повторно создаётся вакуум.

Науглероженный слой требуемой толщины получается только после трёх стадий создания вакуума и подачи углеводорода под давлением. Охлаждаются заготовки в печи, с помощью инертных газов.

Цементация пастами

Один из популярных способов цементации — обработка с помощью паст. Они состоят из пыли древесного угля. Пасты наносятся на заготовку. Состав накладывается таким слоев, чтобы он был больше в 8 раз, чем требуемая толщина углеродного слоя. Далее, заготовки помещаются в индукционную печь и разогреваются до температуры в 1000–1100 градусов.

Цементация в электролитическом растворе

Процесс обработки подразумевает под собой помещение заготовок в раствор электролита. Изначально, он нагревается до 450–1050 градусов. Далее, в раствор подаётся напряжение в 150–300 вольт. Происходит обогащение металла углеродом.

Обработанные изделия (Фото: Instagram / zubixdetal)

Недостатки цементации

Помимо явных преимуществ, цементация стали обладает определёнными недостатками:

  1. Изменяется структура металла. Требуется финишная обработка.
  2. Для проведения работ требуется опыт и дорогостоящее оборудование.

Цементация стали своими руками

Чтобы провести цементацию стали в домашних условиях, нужно выбрать обработку заготовок в твёрдой среде. Он не требует покупки дорогостоящего оборудования и большого практического опыта для проведения работ.

В первую очередь, необходимо сделать карбюризатор. Для этого можно использовать две смеси:

  1. Смешивается одинаковое количество соли и древесного угля. Они тщательно перемешиваются между собой. Крупные части измельчаются.
  2. Другая смесь изготавливается из древесного угля, который требуется изначально полить солёной водой и просушить.

По технологии обработки в твёрдой среде, требуется запекать заготовки в специальных ящиках. Их нужно изготовить из жаропрочной стали. Щели и места соединений, необходимо герметизировать с помощью глины. Кроме печи, для разогрева не нужно использовать дополнительных приспособлений. Её требуется равномерно разогреть до 700 градусов. Проблемы при домашнем производстве могут возникать только с нагнетанием высокой температуры. При меньшей температуре, значительно увеличивается процесс выдержки металла в печи.

При самостоятельном проведении металлообработки, можно воспользоваться способом обработки в газовой среде. Однако, для этого требуется приобрести дорогостоящее оборудование, которое будет рентабельным только при производстве различных изделий в большом количестве.

Цементация стали позволяет не только насытить её углеродом, но и изменить атомную структуру. Заготовки становятся прочнее и долговечнее. Выполнить обработку можно в домашних условиях, однако, на производстве доступно больше способов обогащения стали углеродом.

Ссылка на основную публикацию
Цвета кузова Шкода Карок — Skoda Karoq Club
Как узнать номер краски кузова SKODA Octavia A5, купить карандаш для сколов Блог «Legnum ИНФО» Самый неприятный — покраска элемента...
Характеристики Тойота Приус отзывы владельцев, недостатки и плюсы
Toyota Prius 30 кузов, 3 поколение, технические характеристики, фото Компанией Toyota в 2009 году было представлено 3-е поколение легендарной модели...
Характеристики топливного бака в Рено Логан
Заправочные объемы ГСМ Renault Logan Поломки и достоинства авто Renault LOGAN – любимое авто многих отечественных водителей. Надежный, компактный, безопасный...
Цвета кузова Шкоды Кодиак варианты и особенности
Цвет бежевый капучино металлик шкода Автор статьи: SkodaKodiaq.club Шкода Кодиак цвет Каппучино Бежевый Cappuccino Beige фото Skoda Kodiaq предлагается в...
Adblock detector