Цементація сталі

Цементація – процес дифузійного насичення вуглецем поверхневого шару стальних заготовок.

Мета – одержання високої твердості і зносостійкості поверхні при збереженні в’язкої і пластичної серцевини.

Цементують низьковуглецеві сталі з вмістом вуглецю 0,1 – 0,25%.

Після цементації концентрація вуглецю на поверхні заготовки 0,8 – 1,0%.

Глибина цементованого шару – 0,5 – 2,0 мм.

Заготовки попередньо обробляють різанням, залишивши припуск на шліфування.

Режим цементації:

• t_{нагріву} = 910 – 930^оС;

• час витримки залежить від глибини цементованого шару: 0,1 мм за 1 годину.

Способи цементації:

1. Цементація у твердому карбюризаторі.

Деталі нагрівають в цементаційних ящиках в суміші гранул деревного вугілля (3-10 мм в поперечнику) і солей-активізаторів – BaCO₃ (20-25%), Na₂CO₃ (3-5%), витримують 6 – 14 годин і охолоджують на повітрі.

Вугілля взаємодіє з киснем повітря:

С + О₂ → СО

BaCO₃ → BaО + СО₂; СО₂ + С → СО

СО → СО₂ + С (атомарний вуглець)

Атомарний вуглець дифундує в метал.

Процес малопродуктивний, застосовують в дрібносерійному виробництві.

2. Газова цементація.

Відбувається в герметичному просторі печі в газовому карбюризаторі – природний газ (СН₄), бензин, керосин (в піч подають краплями).

СН₄ → Н₂ + С (атомарний)

Процес менш тривалий (в 2-3 р.), застосовують в багатосерійному і масовому виробництві.

Після цементації проводять термообробку (гартування + низький відпуск), щоб отримати задані механічні властивості.

Для відповідальних деталей (подвійне гартування) (рис.5.17):

1. Гартування (нормалізація) від 900-920^оС для покращення структури серцевини.

2. Гартування від 760-780^оС для підвищення твердості поверхні.

3. Низький відпуск при t = 150-170^оС.

Для спадково-дрібнозернистих сталей (маловідповідальних деталей):

1. Одинарне гартування від температури цементації або після підстужування до t = 840-860^оС.

2. Низький відпуск при t = 150-170^оС.

Рисунок 5.17. Графік термообробки після цементації.

Твердість поверхні: HRC 60-64 (вуглецеві сталі), HRC 58-62 (леговані сталі).

Твердість серцевини: HRC 35-45.

Азотування

Азотування – процес дифузійного насичення азотом поверхневого шару стальних деталей.

Мета – підвищення твердості, зносостійкості, корозійної стійкості поверхні.

Деталі азотують в герметичних ретортах в атмосфері аміаку NH₃ при t = 500-600^оС протягом 24-60 год. Глибина азотованого шару – 0,3-0,6 мм.

При нагріві аміак розкладається з утворенням атомарного азоту:

NH₃ → N + H₂

Азот дифундує в поверхню і утворює тверді нітриди.

Азотують леговані сталі, що містять Cr, Al, Ti, Mo, V, які утворюють нітриди, підвищуючи твердість до HV 1200 (після цементації і гартування - HV 800-900).

Чим більше температура і час азотування, тим більше глибина азотованого шару і менше твердість (через коагуляцію нітридів).

Техпроцес азотування:

1. Попереднє гартування + високий відпуск (t = 600-675^оС) для підвищення міцності і в’язкості серцевини.

2. Механічна обробка + шліфування.

3. Захист ділянок, які не треба азотувати.

4. Азотування.

5. Кінцеве шліфування (знімають шар 0,02-0,03 мм).