Цементация металла

Обработка стали может быть связана с использованием разных химических веществ и процессов. Одним из них становится цементация металла, при которой химическое воздействие сочетается с термическим. Активное вещество проникает в поверхность материала, вызывая в ней изменения на уровне атомной решетки и улучшая ее свойства.

одна из разновидностей печей для цементации металла

Нагрев металла при цементации может проводиться в разных средах - жидкой, твердой, газовой и даже в вакууме. Но это в любом случае очень мягкое, не агрессивное термическое воздействие, под влиянием которого поверхность металла, обычно стали, насыщается углеродом. Отсюда и еще одно, обиходное название процесса - науглероживание. Главные задачи цементации поверхности металла - ее упрочение, укрепление и повышение антикоррозионных свойств.

Несмотря на мягкость и постепенность нагрева, температура в печи должна доводиться до достаточно высокого предела - порядка 850-950 градусов выше нуля по Цельсию. И эффективна такая обработка далеко не для всех типов стали: более качественное покрытие образуется на материалах, в составе которых уже имеется 0,2% углерода.

В целом эта технология - выбор терпеливых: за час насыщаемая поверхность прирастает всего на десятую долю миллиметра в час. Нетрудно вычислить, что для получения миллиметрового покрытия потребуется 10 часов. Каждая из возможных сред диктует процессу свои условия, поэтому кратко опишем особенности всех технологий.

В процессе поверхностной цементации металла "твердым" способом используют комбинации древесного угля (обычно березового или дубового) и солей угольной кислоты в сочетании с кальцием и прочими щелочными металлами. Готовая смесь обычно на 90% состоит из древесного угля. Частицы должны быть не крупными, не более 10 мм, но среди них не должно быть и микроскопических, в виде пыли и мельчайших крошек, поэтому перед применением состав просеивают.

Химические компоненты добавляют к древесному углю в сухом виде или создают раствор из соли, разводят в воде, а затем обильно смачивают им основной компонент. Затем получившийся состав высушивают до влажности 7%, заполняют им герметичные ящики из жаропрочной или низкоуглеродистой стали и помещают в них детали, подлежащие науглероживанию.

Емкости во время процесса должны быть плотно закрыты, чтобы образующиеся при нагревании газы не выходили. Для заделывания отверстий можно использовать шамотную глину.

Собственно твердая цементация металла в емкостях проходит в печи, предварительно нагретой до +700-800 градусов. После того как контейнеры с веществом и заготовками достигнут этой температуры, что определяется на глазок, ее увеличивают минимум до 850, максимум до 959 градусов. При этом термическом пороге и происходит насыщение углеродом. Продолжительность выдержки деталей в печи зависит от заданной проектом толщины слоя.

при цементации на металл оказывается двойное воздействие: температуры и газов

"Твердый" способ эффективен, но количество деталей ограничивается размерами ящиков, которые, как правило, невелики. Поэтому для серийного производства обычно используют обработку в газе, обеспечивающую глубину науглероживания в пределах 2 мм.

В качестве среды применяют природные или искусственные газы, включающие углерод. Наиболее распространен из них пиролизный, получаемый при нагревании керосина. Чтобы получить активный углерод, газ модифицируют по технологии крекирования. Если этого не сделать, слой на металле будет недостаточно обогащен, а побочным продуктом процесса станет большое количество сажи.

Печи для этой цементации поверхности металла тоже должны быть герметичными. Обычно на производствах используют стационарные, но есть и переносные варианты. Заготовка нагревается в печи примерно до 910-950 градусов, внутрь нагнетают газ.

При средней температуре +920 градусов такая термическая обработка занимает 15 часов, что позволяет сформировать слой примерно в 1,2 мм. Ускорить процесс можно только повышением температуры до +1000 градусов. Тогда на работу уходит порядка восьми часов.

В качестве среды для жидкого науглероживания используют расплавленные соли. Выбранные для процесса щелочные металлы должны иметь низкую температуру плавления. Сам он осуществляется путем погружения деталей в емкость с расплавом и выдерживания в ней на определенный срок.

Температура науглероживания при этом методе намного ниже, чем для двух предыдущих способов. Зато для завершения процесса требуется гораздо меньше времени - до трех часов. Еще одно преимущество жидкой поверхностной цементации металла в том, что обработанные детали имеют минимальную деформацию. А если их необходимо подвергнуть еще и закалке, никакой дополнительной подготовки перед этой процедурой не потребуется.

цементацией обрабатывают целые серии деталей, в том числе мелких

Считается самым эффективным способом науглероживания стали. И быстрым, так как отсутствие давления в печи значительно сокращает продолжительность процедуры. Детали загружают в холодную печь, которая затем герметизируется и внутри нее образуется вакуум. Затем происходят нагрев изделий до нужной температуры и выдерживание в камере до одного часа. Это необходимо, чтобы сбалансировать температуру и удалить с поверхности нагретых деталей любые примеси, мешающие процессу.

После этого внутрь камеры подается углеводородный газ. Процесс переходит в активную фазу, когда происходит диффузионное введение углерода, а в камере снова устанавливается вакуумное давление. Процесс повторяется до достижения желаемой глубины науглероживания. Обычно для этого бывает достаточно трех этапов.

Охлаждение деталей до температуры воздуха осуществляется в той же печи с использованием инертных газов под различным давлением. Процесс вакуумной цементации металла полностью компьютеризирован. "Умные" системы отслеживают количество углерода, предотвращают образование кислорода и выход газа наружу.

Цементация поможет значительно улучшить характеристики ваших металлоизделий. Но чтобы это действительно произошло, услугу лучше заказать опытным производственникам. Наш сайт-каталог - база лучших предприятий, работающих во всех регионах страны. Многие их них специализируются как раз на таком виде обработки.

Вы сможете сравнить цены, условия и качество работы разных исполнителей, воспользовавшись фильтром. А можно поступить еще проще: составить заявку, разместить ее и выбрать подрядчика из тех, кто к вам обратится. Это намного сэкономит время. Ждем ваших заказов!