3.3.1. Цементация

Цементацией называется процесс насыщения по­верхностного слоя стальных изделий углеродом С.

П

Рис.48. Цементация в твердой среде.

ри этом у металла увеличивается твердость поверхности, но в тоже время сохраняется вязкость внутренних слоев металла. Такое благоприятное сочетание свойств увеличивается срок службы деталей, подвергающихся трению и ударным нагрузкам.

Цементация проходит при условиях

температура t = 900–950 ˚C

длительность τ = 6–12 ч

толщина образующегося диффузионного слоя ∆ = 0,8–1,7мм

Различают два способа цементации: в твердой и газовой среде.

1. В первом используется среда древесный уголь, это почти чистый углерод. Подготовленные для цементации детали укладыва­ют в металлический ящик и засыпают углём (рис.48.). Далее ящик закрывают и нагревают до необходимой температуры . В результате нагрева происходят реакции :

2C + O₂ → CO

2CO ↔ CO₂ + C

Выделившийся атомарный углерод диффундирует в глубь металла. В итоге один активный атом углерода образует защитный слой.

2. Второй способ – газовая цементация. Активная среда – метан. При нагреве происходит диссоциация молекул, с выделением атомарного углерода:

CH₄ → 2H₂ + C

Газовая цементация позволяем механизировать и автоматизировать процесс, поэтому используется при массовом производстве.

В результате цементации механические свойства деталей значительно возрастают:

• твердость поверхности возрастает в 1,5-2 раза

• износостойкость на 30-50%

3.3.2. Азотирование

Азотированием называется процесс насыщения поверхности металла азотом N. Для создания активной среды используют газ аммиак (NH₃), который под действием высокой температуры диссоциирует, выделяя атомарный азот:

2NH₃ → 2N + 3H₂

Условия протекания процесса :

t = 500 – 650 ˚C

τ = 24 – 60 ч

∆ = 0,3 – 0,6 мм

Азот диффундирует в поверхностные слои металла образуя нитриды, которые придают азотированному слою высокую прочность. Кроме повышения твердости, износостойкости, улучшается коррозионная устойчивость.

3.3.3. Нитроцементация

Нитроцементация – процесс одновременного насыщения поверхности металла азотом N и углеродом С. Средой является газовая смесь метана и амммиака.

Условия протекания процесса:

t = 840 – 860 ˚C

τ = 4 – 10 ч

∆ = 0,2 – 0,8 мм

Преимуществом данного процесса является то, что одновременная диффузия азота и углерода происходит гораздо быстрее, чем азотирование и цементация в отдельности. Поэтому из-за большей производительности и соответственно меньших затрат энергии, нитроцементация широко используется на автомобильных и тракторных заводах. Например, на ВАЗе такой химико-термической обработке подвергают 95% деталей.

3.3.4. Цианирование

Обработка металла в жидкой среде расплавленных цианистых солей натрия NaCN.

Условия протекания процесса:

t = 820 - 920 ˚C

τ = 0,5– 1 ч

∆ = 0,15 -0,35 мм

Преимущество цианирования – меньшая продолжительность процесса для по­лучения слоя заданной толщины; более высокое сопротивление износу и по­вышенная усталостная прочность.

Недостатком цианирования является сильная ядовитость циа­нистых солей. Поэтому цианирование проводят в специально выделенных помещениях с соблюдением строгих мер предосторожности.