Термообработка металла. Цементация

Цель процесса – повышение характеристик обрабатываемого металла, таких как прочность, твердость и износостойкость обрабатываемой поверхности. Данному типу термообработки подвергают низкоуглеродистые, обычно до 0.2-0,25 % C  и легированные стали. Среда, где происходит процесс цементации, называется карбюризатор.


Температурный режим процесса в случае использования твёрдого карбюризатора около 900—950 °С, при газовой цементации при 850—900 °С.

Существует несколько способов цементации:

- жидкая цементация

- твердая цементация

- газовая цементация

- цементация пастами

- азотирование

- нитроцементация

1. Цементация жидким карбюризатором осуществляется путем погружения деталей в соляные ванны при температуры 830— 850° С. Карбюризатором при этом являются раствор расплавленных  солей. Цементация происходит за счет углерода, выделяющегося в ванне в результате взаимодействия солей с карбидом кремния.


Рисунок 2 Жидкостная цементация

2. Методика твердой карбютизации заключается в обработке металла в металлической емкости на песчаную подушку (затвор). Они располагаются так, чтобы со всех сторон их можно было обложить равномерным слоем карбюризатора. Соприкосновение изделий со стенками резервуара или друг с другом не допускается. Температурный режим цементации  t 925 ±25 ºС. Время выдержки зависит от слоя насыщающей среды. В качестве насыщающей среды при такой технологии цементации используются полукоксы каменноугольный, торфяной или древесный уголь

3. Газовая цементация – одна из самых распространенных и эффективных методик, широко распространенная в машиностроении. Сам процесс достаточно прост, надежен и стабилен. Глубина цементации не превышает 2-х мм. При этом значительно сокращается время обработки металла и соответственно повышается производительность. Основная задача заключается в правильном подборе газовой смеси с оптимальном содержанием доли углерода и температурного режима. Методика заключается в загрузке изделия в нагретую до определенной температуры печь в которую подается газовая смесь.


Рисунок 3 Печь газовой цементации

4. И наконец, технология цементации пастами. Сразу оговоримся, что данный процесс имеет ограничения по применению, в зависимости от сложности геометрии обрабатываемого изделия, и для сложных изделий она не подходит. Методика достаточна простая - на поверхность закаливаемого изделия наносится равномерным слоем паста. Толщина слоя подбирается из расчета глубины проникновения углерода в металл. Температурный режим процесса от +930 до +1050 ºС. Детали аккуратно,  чтобы сохранить слой пасты, укладывают  в ящик и закрывают крышкой. Ящики загружают в печь, нагретую до рабочей температуры 930—950°С. Для сокращения длительности процесса ее можно повысить до 1000—1050°С. Основное преимущество данного процесса – высокая производительность, а недостатком является неравномерность цементованного слоя по глубине и его насыщенности углеродом и соответственно твердости.


Рисунок 4 Выгрузка изделий после обработки

Практически равномерность нанесения слоя пасты обеспечить крайне сложно, поскольку данный процесс происходит вручную.

5.Азотирование.

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. при этом твердость азотированного слоя заметно выше, чем цементуемой стали. Азотирование широко применяется для зубчатых колес, цилиндров мощных двигателей, многих деталей станков и многих других изделий.

6. Нитроцементация - это разновидность химико - термической обработки металла, заключающаяся в диффузионном насыщении из газовой среды поверхности металла  азотом и углеродом при температурах от + 500 …+ 700 °С, или так называемая низкотемпературная нитроцементация. Данный процесс обработки повышает износостойкость, усталостную и контактную прочность металла, а в ряде случае и его коррозионную стойкость. Применяется для увеличения надёжности деталей.

Заключение.

Технолог-термист предприятия самостоятельно выбирает технологию термообработки с учетом многих факторов: сложность геометрической формы, требуемых характеристик по твердости, производительности и технологических возможностей производства, скорости процесса и затрат на его реализацию.

В линейке продуктов компании PETROFER для процессов цементации производится превосходная линейка паст SURFATECT:

- Паста SURFATECT W 21 - это защитный состав для азотирования и нитроцементации без запаха и растворителей, защитный слой составляет не менее 0,3-05 мм. при температуре термообработки до   +970 °C

- Защитная паста SURFATECT W 25 для азотирования и нитроцементации, толщина защитного слоя составляет не менее 0,5 мм. при температуре термообработки до   +970-980 °C

- Паста SURFATECT W 30 для процесса термообработки газовой цементации. SURFATECT W 30 - это защитный состав, не содержащая бора и растворителей. Обеспечивает хорошие защитные свойства от науглероживания глубиной до 1,5 мм при температуре термообработки до   1050 °C.

- Паста SURFATECT W 34 - это не содержащая меди и растворителей защитный состав для газовой цементации. Он обеспечивает хорошие защитные свойства от углекислого газа глубиной до макс. 3,5 мм. с режимом термообработки до + 970 °C.

Данные продукты широко применяются для предотвращения определенных участков поверхности закаливаемого изделия от излишнего науглероживания, тем самым обеспечивая требуемые вязкостные свойства металла, например в местах крепления.