Цементация. Среды цементации. Газовая среда.

• Преимущества:

• -точное получение заданной концентрации углерода в слое;

• -сокращение длительности процесса (отпадает необходимость прогрева ящиков, наполненных малотеплопроводным карбюризатором);

• -обеспечение возможности полной механизации и автоматизации процессов;

• -значительное упрощение последующей термической обработки изделий.

• При нем детали нагревают в атмосфере углеродсодержащих газов. Для этого используют природные или искусственные газы. Метан - более активный карбюризатор.

• Основной реакцией, обеспечивающей науглероживание при газовой цементации, является диссоциация оксида углерода, образующегося в процессе окисления углеводородных газов, и диффузия формирующегося атомарного углерода в аустенит.

• Оборудование газовой цементации

• - безмуфельные или муфельные печи непрерывного действия

• - шахтные печи периодического действия.

• При проведении процесса в шахтных печах для науглероживания применяют керосин, спирты и т.д., каплями подаваемые в печь. Высокая термическая устойчивость и хорошая испаряемость жидких углеводородов позволяют в одном рабочем пространстве совместить получение газа и процесс цементации.

• В печах непрерывного действия применяют эндотермическую контролируемую атмосферу, в которую добавляют до 5 % природного газа. Основное ее преимущество - возможность автоматически регулировать углеродный потенциал, т.е. науглероживающую способность атмосферы, обеспечивающую определенную концентрацию углерода на поверхности цементованного слоя.

• Для сокращения длительности процесса широко используют газовую цементацию, при которой углеродный потенциал эндотермической атмосферы вначале поддерживают высоким, обеспечивающим получение в поверхностной зоне стали 1, 2 - 1, 3 % С, а затем его снижают до 0, 8 % С.

• Процессы выполняют при 930 – 950 °С. При этом сталь имеет структуру аустенита, растворяющего до 2 % С. Глубина цементованного слоя зависит не только от температуры, но и времени выдержки при ней. Поскольку его размеры редко требуются более 1, 0 - 1, 5 мм, процесс осуществляют за 8 - 12 часов. Например, продолжительность цементации для получения слоя толщиной 0, 7 - 1, 5 мм при 930 °С в муфельных (безмуфельных) печах непрерывного действия составляет 6 – 12 ч, а в шахтных 3 – 10 ч. Повышение времени или температуры вызовет рост зерен аустенита и ухудшит свойства слоя.

• После цементации изделия приобретают мелкозернистую структуру заэвтектоидной стали, состоящей из перлита и вторичного цементита. Однако непосредственно по окончании процесса науглероживания детали не получают требуемых свойств. Это достигается термической обработкой. В ходе последующей ТО можно исправить структуру и измельчить зерно сердцевины и цементованного слоя, неизбежно увеличивающихся во время длительной выдержки при высокой температуре цементации, получить большую твердость в науглероженном пласте и хорошие механические свойства сердцевины; устранить карбидную сетку в цементованном слое, которая может возникнуть при насыщении его углеродом до заэвтектоидной концентрации.

• В большинстве случаев применяют закалку выше точки А_с1 (для сердцевины) при 820 – 850 °С.

• По окончании газовой цементации используют закалку без повторного нагрева, а непосредственно из печи после подстуживания изделий до 840 –860 °С. Такая обработка не исправляет структуры науглероженного слоя и сердцевины и не приводит к измельчению зерна. Поэтому она применима только к наследственно мелкозернистой стали. Для уменьшения деформации цементованных изделий используют ступенчатую закалку в горячем масле 160 - 180 °С.

• Иногда термическая обработка состоит из двойной закалки и отпуска. Первую закалку (или нормализацию) с нагревом до 880 – 900 °С назначают для исправления структуры сердце-вины. Кроме того, при нагреве в поверхностном слое в аусте-ните растворяется цементитная сетка. Вторую закалку прово-дят с разогревом до 760 – 780 °С для устранения перегрева цементованного слоя и придания ему высокой твердости. Не-достаток такой термической обработки - большой объем тех-нологического процесса, повышенное коробление, возникаю-щее в изделиях сложной формы, и возможность окисления и обезуглероживания. В результате термической обработки по-верхностный слой приобретает структуру мартенсита или мар-тенсита с небольшим количеством остаточного аустенита и из-быточных карбидов.

• Заключительная операция термической обработки це-ментованных изделий – низкий отпуск при 160 – 180 °С, пере-водящий мартенсит закалки в поверхностном слое в отпу-щенный мартенсит.

• Твердость поверхностного слоя для углеродистой стали составляет HRC 60 - 64, а для легированной HRC 58 - 61; снижение твердости объясняется образованием повышенного количества остаточного аустенита.

• Сердцевина деталей из углеродистой стали имеет структуру сорбита, а из легированных - бейнита или низкоуглеродистого мартенсита. Низкоуглеродистый мартенсит обеспечивает повышенную прочность и достаточную вязкость сердцевины. Твердость сердцевины обычно составляет HRC 30 - 40.

• Цементация с последующей термической обработкой повышает предел выносливости стальных изделий и понижает чувствительность к концентраторам напряжений при условии непрерывной протяженности упрочненного слоя по всей поверхности детали. Дополнительно предел выносливости цементованных изделий может быть повышен дробеструйным наклепом или обкаткой роликами.