Цементация

Это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных деталей углеродом.

Цель – получение на поверхности детали высокой твердости и износостойкости в сочетании с вязкой сердцевиной для деталей, работающих под действием динамических нагрузок в условиях поверхностного износа.

В тех случаях, когда цементации подвергается только часть детали, остальные участки защищают либо специальными огнеупорными обмазками, либо тонким слоем (20-40 мкм) меди, нанесенным электролитическим способом.

Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (не более 0, 25 %), так называемые цементуемые стали (10, 15, 20, 15Х, 20Х, 15ХВ, 20ХН, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 18ХГТ). На поверхности стали после цементации концентрация углерода достигает 1, 0 %.

Среда, поставляющая углерод к поверхности детали, подвергаемой цементации, называется карбюризатором.

В качестве твердого карбюризатора применяют древесный уголь в смеси с другими компонентами - активизаторами (ВаСО₃ или Nа₂СО₃). В течение 8-10 часов образуется слой толщиной 1 мм.

Жидкие карбюризаторы (смесь цианистого калия с бурой, содой и др. веществами) применяют в тех случаях, когда нужно получить тонкий цементованный слой с высоким содержанием углерода.

Газовую цементацию проводят в атмосфере метана, керосина, бензола и др. В основном используют два вида цементации: в твердой и газовой среде. слой толщиной 1 мм образуется за 6-7 часов.

При этом производят нагрев до 910-950°С с определенной выдержкой при этой температуре (в зависимости от типа карбюризатора и требуемой толщины слоя).

Кроме того, после цементации из-за длительной выдержки при высоких температурах стали приобретают крупнозернистость.

Эти обстоятельства необходимо учитывать при назначении обязательной после цементации термической обработки, целью которой является упрочнение поверхности с одновременным измельчением зерна и получением вязкой сердцевины. В зависимости от назначения детали применяют различные варианты термической обработки.

	Менее ответственные детали подвергают закалке непосредственно с цементационного нагрева с последующим низким отпуском. Использование подстуживания при закалке до 750-800°С снижает внутренние напряжения, а обработка холодом уменьшает количество остаточного аустенита в цементованном слое.
При более высоких требованиях к структуре детали после цементации подвергают охлаждению на воздухе, однократной закалке с нагрева выше Ас3 и низкому отпуску. При этом в сердцевине и на поверхности детали происходит перекристаллизация и измельчение зерна. Однако в поверхностном высокоуглеродистом слое происходит некоторый перегрев, т.к. оптимальный закалочный нагрев заэвтектоидных сталей – это нагрев выше Ас1, но ниже Асm.
Особо ответственные детали после цементации подвергают двойной закалке с низким отпуском. При первой закалке с температуры на 30-50°С происходит перекристаллизация сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна. Одновременно цементитная сетка в поверхностном слое растворяется. При второй закалке с температуры выше Ас1 на 30-50°С обеспечивается мелкое зерно в поверхностном слое

Твердость поверхности готовой детали должна составлять около 58-62 HRC, а сердцевины - около 20-40 HRC. Твердость цементированного слоя с мартенситной структурой сохраняется лишь до 200-250°С.