title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Цементация

Цементация

Цементацией называется химико-термическая обработка, состоящая в науглероживании поверхностного слоя стального изделия и последующей дополнительной закалке.
Цементация, или поверхностное науглероживание, изделий применяется для тех деталей, которые по характеру своей работы должны иметь твердую наружную поверхность. Таким образом, сущность цементации состоит в насыщении углеродом верхнего слоя детали, работающей на трение. Углерод, проникая в металл, делает поверхность его после закалки твердой, в то же время сердцевина остается мягкой (вязкой). Твердая поверхность детали дает ей возможность лучше сопротивляться износу при трении, а мягкая сердцевина — сопротивляться ударным нагрузкам.
Однако не всякий металл может быть подвергнут цементации. Обычно цементации подвергают сталь с содержанием углерода не более 0,25%, так как при более высоком содержании его сталь получается очень хрупкой. На качество цементации, кроме углерода, оказывают влияние и другие элементы, входящие в металл (сера, фосфор, марганец и др.). Поэтому для цементации берут не простые сорта поделочной, а специально цементуемые стали.
Выше было указано, что железо при высокой температуре (900—1000°) способно растворять углерод. Если при такой температуре железо привести в соприкосновение с веществами, содержащими и легко отдающими углерод, то железо будет поглощать последний.
Цементации подвергаются детали, от которых требуется высокая сопротивляемость износу. Например, цементации подвергаются детали тракторов и сельскохозяйственных машин: поршневые пальцы, распределительные валы, зубья шестерен, зубчатки для цепных передач барабана комбайна и др.
Детали, предназначенные для цементации, необходимо предварительно обработать (механически) с учетом припуска на шлифовку. Поверхности детали, не подлежащие цементации, должны быть соответственно предохранены глиной, асбестом или, лучше, путем омеднения; цементуемые поверхности следует очистить от жира и грязи. Цементация производится при помощи веществ, которые легко отдают содержащийся в них углерод. Такие вещества называются карбюризаторами. Карбюризаторы бывают твердые, жидкие и газообразные. Отсюда и цементация подразделяется на цементацию в твердом карбюризаторе, цианирование и газовую цементацию.
В условиях ремонтных мастерских цементация производится, как правило, только твердыми карбюризаторами, так как это наиболее простой способ.
Газообразные и отчасти жидкие карбюризаторы требуют специального оборудования и применяются в заводских условиях.
Цементация в твердом карбюризаторе осуществляется путем нагрева стальных деталей в присутствии науглероживающей среды, состоящей из древесного угля, с добавкой солей углекислого калия, натрия или бария.
Детали, подготовленные к цементации, укладывают в специальные ящики и засыпают твердым карбюризатором, содержащим 20—35% свежего и 80—65% отработанного карбюризатора.
При упаковке деталей в ящики расстояние между деталями должно быть 5—15 мм, между деталями и боковыми стенками ящика 15—25 мм, между деталями и дном ящика 20—30 млн, между деталями и верхней крышкой 25—40 мм. При укладке изделий в ящик для цементации необходимо учитывать размер изделий и требуемую глубину цементации, соответственно чему детали сортируют. Крышку цементационного ящика обмазывают замазкой, состоящей из 67% глины и 33% песка, разведенной жидким стеклом.
Из твердых карбюризаторов наиболее подходящим веществом считают древесный уголь (березовый или дубовый). Для усиления науглероживающего действия угля к нему добавляют соли: углекислый барий, углекислый натрий (сода), углекислый калий (поташ) и др.
Древесный уголь должен быть мелко истолченным, чтобы размеры его кусков были около 2 мм, и просеянным (без пыли); вещества, входящие в состав карбюризатора, тщательно перемешивают. Приготовленный карбюризатор следует хранить в сухом месте.
Состав твердых карбюризаторов рекомендуется следующий: 65—90% древесного угля, 10—25% углекислого бария, 3,5—5% углекислого кальция, 0,5—4% окиси кремния.
Наиболее часто применяются и дают хорошие результаты карбюризаторы, приведенные в таблице 20.

Подготовленные к цементации ящики устанавливают в печь или на горне. Затем начинают повышать температуру до 900—950° и выдерживают ящики при этой температуре продолжительное время, в зависимости от заданной глубины цементации.
Продолжительность процесса цементации, в зависимости от глубины цементованного слоя, следующая:

Контроль результатов цементации осуществляется на образцах — прутках диаметром 8—10 мм, изготовленных из той же стали, что и цементуемая деталь. Процесс цементации считается законченным, когда в изломе пробного прутка получают цементованный слой требуемой глубины.
Время прогрева ящика в расчет времени цементации не принимается и составляет обычно, в зависимости от его объема, толщины стенок и величины изделий, от 2 до 5 часов.
Процесс цементации можно ускорить путем повышения температуры или применения более активного карбюризатора, но это приводит к двум нежелательным последствиям: к резкому переходу цементованного слоя к сердцевине и к появлению сетки цементита в наружном цементованном слое. Первое вызывает выкрашивание и отслаивание цементованного слоя; второе создает хрупкость его.
После цементации изделия охлаждают в печи и па воздухе.
В результате цементации изделия имеют крупнозернистое строение, что очень снижает их прочность. Чтобы устранить этот недостаток, цементуемую деталь необходимо подвергнуть двойной закалке: 1) нагреву до 850—870° и охлаждению в воде; 2) нагреву до 760—780° и охлаждению в воде или в масле.
После закалки изделия отпускают до температуры 200—250° в масляной или песочной ванне или на раскаленной стальной плите.
Поверхностная цементация изделий и инструментов производится также при помощи различных паст и порошков. Наиболее широко распространенный порошок — желтая кровяная соль, или синькали. Операция производится следующим образом. Изделие нагревают в горне или печи до 760—800°, затем вынимают из горна, посыпают равномерно со всех сторон порошком желтого синькали и снова нагревают до 760—800°, после чего его замачивают в воде до полного охлаждения. Чем продолжительнее нагрев и чем чаще повторяется присыпка синькали, тем толще получится цементированный слой (до 0,2 мм).
Поверхность обработанного таким способом изделия будет настолько твердой, что напильник лишь скользит по ней, оставляя мелкие риски.
Синькали дает очень тонкий цементированный слой. Если надо получить более толстый слой, лучше всего пользоваться смесью угля, полученного сухой перегонкой костей, копыт и рогов со свеклосахарной патокой.
Кроме описанного способа цементации в твердом карбюризаторе, в заводской практике применяют также и другие методы, с помощью которых получают твердую поверхность и мягкую сердцевину, как-то; цементация в жидком карбюризаторе — цианирование, газовая цементация, хромирование, азотизация, поверхностная закалка с нагревом кислородно-ацетиленовым пламенем и токами высокой частоты (ТВЧ).