Ниже приведены источники, использованные при составлении конспекта по теме «Цементация»
Цементация – химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве до температуры 900…950°С.
Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (до 0,25%).
…
Глубина цементации – расстояние от поверхности изделия до середины зоны, где в структуре имеются одинаковые объемы феррита и перлита (h = 1…2 мм).
Степень цементации – среднее содержание углерода в поверхностном слое (обычно не более 1,2%).
…
На практике применяют цементацию в твердом и газовом карбюризаторе (науглероживающей среде).
Участки деталей, которые не подвергаются цементации, предварительно покрываются медью (электролитическим способом) или глиняной смесью.
Цементация в твердом карбюризаторе
Почти готовые изделия, с припуском под шлифование, укладывают в металлические ящики и пересыпают твердым карбюризатором. Используют древесный уголь с добавками углекислых солей BaCO3, Na2CO3 в количестве 10…40%. Закрытые ящики укладывают в печь и выдерживают при температуре 930…950°С.
Ю. М. Лахтин. Металловедение и термическая обработка металлов. Учебник для вузов. 3-е изд. М. «Металлургия», 1983. 360с.
Цементацией (науглероживанием) называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагревании в соответствующей среде – карбюризаторе. Как правило, цементацию проводят при температурах выше точки Ас3 (930 – 950°С), когда устойчив аустенит, растворяющий углерод в больших количествах.
Окончательные свойства цементованные изделия приобретают в результате закалки и низкого отпуска, выполняемых после цементации.
Назначение цементации и последующей термической обработки – придать поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повысить предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе и кручении.
Для цементации обычно используют низкоуглеродистые (0,1 – 0,18% С), чаще легированные, стали. Для цементации крупногабаритных изделий применяют стали с более высоким содержанием углерода (0,2 – 0,3%). Выбор таких сталей необходим для того, чтобы сердцевина изделия, на насыщающаяся углеродом при цементации, сохраняла высокую вязкость после закалки.
На цементацию детали поступают после механической обработки с припуском на шлифование (50 – 100 мкм). Во многих случаях цементации подвергается только часть детали; тогда участки, не подлежащие упрочнению, защищают тонким слоем меди (20 – 40 мкм), которую наносят электрическим способом или изолируют специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле, ленитом и др.
…
Концентрация углерода в поверхностном слое должна составлять 0,8 – 1,0%. Для получения максимального сопротивления контактной усталости количество углерода может быть повышено до 1,1 – 1,2%. Более высокая концентрация углерода вызывает ухудшение механических свойств цементуемого изделия.
…
Широко применяемый карбюризатор состоит из древесного угля, 20 – 35% BaCO3 и ~3,5% CaCO3, который добавляют для предотвращения спекания частиц карбюризатора. Рабочую смесь, применяемую для цементации, составляют из 25 – 35 % свежего карбюризатора и 65-75 % отработанного. Содержание BaCO3 в такой смеси 5 – 7 %, что обеспечивает требуемую толщину слоя и исключает образование грубой цементитной сетки на поверхности.
Детали, подлежащие цементации, после предварительной очистки укладывают в ящики: сварные стальные, или, реже, литые чугунные прямоугольной или цилиндрической формы. При упаковке изделий на дно ящика насыпают и утрамбовывают слой карбюризатора толщиной 20 – 30 мм, на который укладывают первый ряд деталей, выдерживая расстояние между ними и до боковых стенок ящика 10 – 15 мм. Затем засыпают и утрамбовывают слой карбюризатора толщиной 10 – 15 мм, на него укладывают другой ряд деталей и т.д. Последний (верхний) ряд деталей засыпают слоем карбюризатора толщиной слоем 35 – 40 мм с тем, чтобы компенсировать возможную его усадку. Ящик накрывают крышкой, кроки которого обмазывают огнеупорной глиной или смесью глины и речного песка. После этого ящик помещают в печь.
Нагрев до температуры цементации (910 – 930°С) составляет 7 – 9 мин на каждый сантиметр минимального размера ящика. Продолжительность выдержки при температуре цементации цементации для ящика с минимальным размером 150 мм составляет 5,5 – 6,5 ч для слоя толщиной 700 – 900 мкм и 9 – 11 ч для слоя толщиной 1200 – 1500 мкм. При большем размере ящика (минимальный размер 250 мм) для получения слоя толщиной 700 – 900 мкм продолжительность выдержки равна 7,5 – 8,5 ч, а при толщине 1200 – 1500 мкм – 11 – 14 ч.
После цементации ящики охлаждают на воздухе до 400 – 500°С и затем раскрывают.
…
Газовая цементация. Этот процесс осуществляют нагревом изделия в среде газов, содержащих углерод. Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе, поэтому ее широко применяют на заводах, изготавляющих детали массовыми партиями.
В случае газовой цементации можно получить заданную концентрацию углерода в слое, сокращается длительность процесса, так как отпадает необходимость прогрева ящиков., наполненных малотеплопроводным карбюризатором; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процессов и значительно упрощается последующая термическая обработка деталей, так как закалку можно проводить непосредственно из цементационной печи.
…
В крупносерийном и массовом производствах газовую цементацию проводят в безмуфельных печах непрерывного действия.
…
Термическая обработка стали после цементации и свойства цементованных деталей. Окончательные свойства цементованных деталей достигаются в результате термической обработки, выполняемой после цементации.
…
В большинстве случаев, особенно при обработке наследственно мелкозернистых сталей, применяют закалку выше точки Ас1 (сердцевины) при 820 – 850 °С.
…
После цементации термическая обработка иногда состоит из двойной закалки и отпуска. Первую закалку (или нормализацию) с нагревом до 880 – 900 °С (выше точки Ас3 сердцевины) назначают для исправления структуры сердевины. Кроме того, при нагреве в поверхностном слое в аустените растворяется цементитная сетка, которая уже вновь при быстром охлаждении не образуется. Вторую закалку проводят с нагревом 760 – 780 °С для устранения перегрева цементованного слоя и придания ему высокой твердости.
…
Заключительной операцией термической обработки цементованных деталей во всех случаях является низкий отпуск при 160-180 °С, переводящий мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, снимающий напряжения.