Цементация

Цементацией называется химико-термическая опе­рация, в процессе которой производят насыщение поверхностно­го слоя деталей углеродом. Цементацию проводят с целью получе­ния высокой твердости, износостойкости поверхности деталей при высокой ударной вязкости сердцевины.

Цементируют детали из стали с массовой долей углерода до 0,25 %, работающие на тре­ние и при знакопеременных нагрузках: зубчатые колеса, блоки шестерен, распределительные и кулачковые валики, кулачки, тол­катели клапанов и другие детали, а также проверочный инстру­мент — калибры, шаблоны, щупы и т.д.

Поверхность деталей и инструмента насыщается углеродом в отдельных случаях на глу­бину до 1,4 мм, обычно этот слой составляет 0,8 мм. Массовая доля углерода, насыщаемого в поверхность деталей, достигает 0,8... 1,0 %. Концентрация углерода от поверхности детали к серд­цевине уменьшается. Таким образом, цементации подвергают де­тали из конструкционных углеродистых и низколегированных ста­лей, которые не воспринимают улучшение закалкой.

Рабочее тело, в котором осуществляется химико-термическая обработка, называется карбюризатором. Различают цементацию в твердом, жидком и газовом карбюризаторах.

Рисунок.10. Цементация в твердом карбюризаторе:

1 — твердый карбюризатор;

2 — сви­детели;

3 — цементационный ящик;

4 — цементуемые детали

Для цементации в твердом карбюризаторе в сталь­ной ящик (рисунок. 10) помещаются детали, подвергаемые цемен­тации, которые равномерно пе­ресыпаются карбюризатором.

Одновременно с карбюризато­ром помещаются контрольные образцы, так называемые свиде­тели. В процессе нагрева и вы­держки контрольные образцы вынимаются, и по ним опре­деляется ход технологического процесса.

На рисунке. 11. показана зависи­мость концентрации углерода в зависимости от глубины насыще­ния.

Так, на глубине насыщения 0,1 мм концентрация углерода достигает 1%,

0,2 мм — 0,9%,

1 мм — 0,6%,

1,6 мм — 0,16%.

Такая концентрация углерода в поверхностях трущихся деталей (зубчатые колеса, шестерни, валы, оси и др.) обеспечивает надежность и долговечность работы кон­тактной пары.

Рисунок. 11. Концентрация углерода в зависимости от глубины насыщения

При цементации в зависимости от глубины насыщения угле­родом образуются различные микроструктуры (рисунок.12).

До тер­мообработки на глубине до 1 мм будет структура цементита,

бо­лее 1 мм — перлита и далее — феррита.

После термообработки (закалки) на глубине до 1 мм будет структура мартенсита, да­лее — троостита и сорбита.

На глубине свыше 2... 3 мм — исходная структура.

Рисунок. 12. Различные микроструктуры, образующиеся при цементации, в зависимости от глубины насыщения углеродом:

1 — заэвтектоидная зона (П + Ц);

2 — эвтектоидная зона (П);

3 — доэвтектоидная зона (П + Ф);

4 — сердцевина

Цементация в газовой среде является основным химико-тер­мическим процессом при массовом производстве. Газовую цемен­тацию проводят в муфельных или шахтных печах в науглероженной атмосфере. Атмосферу печей науглероживают метаном, керо­сином или бензолом. После газовой цементации применяют закалку с последующим низким отпуском. Газовая цементация дает возможность контролировать процесс, что в свою очередь создает условия механизации и автоматизации производства.