Основные параметры цементации:

• температура процесса – 880÷950 ^оС (чаще 910÷930^оС – выбор температур выше точки А_с3 в области аустенита обусловлен значительной растворимостью углерода в аустените и более активной диффузией атомов С в решетке γ-Fe);

• продолжительность цементации 6÷12 и более часов – в зависимости от толщины науглероженного слоя, причем в газовой среде скорость процесса выше, следовательно, продолжительность несколько ниже;

• толщина науглероженного слоя 0,4÷2 мм (в случае больших контактных нагрузок до 6 мм);

• максимальное содержание углерода на поверхности – 0,8÷1,1%.

Н

61

аиболее распространенный твердый карбюризатор состоит в основном из древесного угля с добавкой 25÷30% ВаСО₃ для интенсификации процесса и 3÷5% СаСО₃ для предотвращения спекания частиц карбюризатора. Детали, подлежащие цементации, и карбюризатор послойно загружают в контейнер (стальной ящик), закрывают крышкой, герметизируют и выдерживают в нагретой печи необходимое количество времени.

При нагреве уголь в условиях недостатка кислорода взаимодействует с ним по реакции 2С + О₂ → 2СО. Кроме того, оксид углерода СО образуется в результате реакции ВаСО₃+ С→ ВаО + СО. На поверхности стальных деталей протекает ведущая процесс цементации реакция диспропорционирования 2СО → СО₂+ С (атомарный). Образовавшийся углекислый газ, взаимодействуя с углем, вновь восстанавливается до СО и т.д.

Активный углерод адсорбируется насыщаемой поверхностью и диффундирует в глубь детали.

После медленного охлаждения детали от температур цементации науглероженный слой имеет сложное строение. В процессе охлаждения аустенит поверхностного слоя с содержанием углерода более 0,8% превращается в перлит и цементит вторичный в виде сетки (заэвтектоидная зона), содержащий около 0,8% С – в перлит (эвтектоидная зона), а менее 0,8% – в феррит и перлит (переходная доэвтектоидная зона). За толщину науглероженного слоя принимают суммарную толщину заэвтектоидной, эвтектоидной и половины переходной зоны. Кроме того, длительная выдержка при высоких температурах приводит к укрупнению зерна, что отрицательно сказывается на механических свойствах изделия.

Окончательные свойства деталей формирует термическая обработка, которая назначается после цементации.

Для удовлетворения особо высоких требований, предъявляемых к деталям ответственного назначения, последние подвергают сложной термической обработке, состоящей из двух последовательно проводимых закалок и низкого отпуска. Первую закалку осуществляют с температур 850÷900 (920) ^оС (на 30÷50^оС выше А_С3 исходной стали). Эта полная закалка направлена на измельчение структуры сердцевины и на устранение сетки цементита на поверхности (если она образовалась), однако она не формирует окончательно твердость, поэтому ее можно заменить нормализацией. Вторая закалка с температур 750÷780^оС (несколько выше А_С1 заэвтектоидной стали) является неполной и назначается для формирования высокой твердости на поверхности детали. В процессе нагрева мартенсит, полученный в результате первой закалки, распадается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определенном количестве сохраняются после второй закалки в поверхностной заэвтектоидной части диффузионного слоя, увеличивая его твердость. Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск при 160÷200^оС, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердости.

С

62

труктура поверхности после термообработки – мелкопластинчатый мартенсит отпуска с включениями глобулярных карбидов (и иногда остаточного аустенита). Структура сердцевины зависит от марки исходной стали: в углеродистых сталях это сорбит или феррит и сорбит, а в легированных сталях в зависимости от степени легирования сердцевина может приобрести структуру бейнита или низкоуглеродистого мартенсита.

Детали менее ответственного назначения, а также изготовленные из наследственно-мелкозернистых сталей и имеющие на поверхности после цементации не более 0,8% углерода, подвергают более простой термообработке, состоящей из одной закалки и низкого отпуска.

Твердость HRCповерхности в окончательном варианте получается 58÷62, а сердцевины – 35÷40.