Что такое цементация: зачем нужна и как проводится на примере втулок «Профессионала»

особенности технологии и марки стали для цементации

Цементация (науглероживание) – разновидность химико-термической обработки стали, целью которой является насыщение поверхностного слоя углеродом при повышенных температурах в карбюризаторе. Для достижения требуемых свойств готового продукта после процесса цементации проводят закалку с низким отпуском. Назначение этого вида ХТО – получение твердого, износостойкого поверхностного слоя.

Стали под цементацию

Этот вид химико-термической обработки применяют для:

• низкоуглеродистых сталей с содержанием C 0,1-0,18%;
• низкоуглеродистых легированных сталей;
• среднеуглеродистых сталей с содержанием C 0,2-0,3%, если из них изготовлены крупногабаритные детали (сердцевина сохраняет высокую вязкость, а поверхность приобретает твердость).

Технология цементации стали

На ХТО деталь поступает после механической обработки. Часто требуется упрочнить не всю поверхность заготовки, а часть. В этом случае на участки, которые не нуждаются в упрочнении, электролитическим способом наносят тонкий слой меди или защищают их обмазками. Для изготовления обмазок используют огнеупорную глину, асбест, песок, жидкое стекло. Существует несколько видов цементации стали.

С использованием твердого карбюризатора

В этом случае источником атомарного углерода является древесный уголь и активизаторы – кальцинированная сода и углекислый барий. Подготовленные детали укладывают в сварные стальные или литые чугунные ящики. В ящик, который может быть круглым или прямоугольным, укладывают древесный угль слоем толщиной 2-3 см, затем первый ряд заготовок с отступом между ними и стенками емкости. Так повторяется столько раз, сколько предусмотрено технологией. Слой карбюризатора между рядами заготовок – 1-1,5 см. Верхним является слой карбюризатора толщиной 3,5-4,0 см. Емкость закрывают крышкой, все зазоры замазывают огнеупорной глиной или глиной с песком.

Цементация осуществляется в печи при температурах +910…+930°C. Время нахождения деталей в печи рассчитывается следующим образом: 7-9 минут на каждый сантиметр наименьшего размера емкости. О качественном прогреве можно судить по состоянию подины печи. Если на ней отсутствуют темные пятна в местах соприкосновения с тарой, то нагрев можно заканчивать. После печи ящик в закрытом виде охлаждают на воздухе до +400…+500°C, а затем его открывают.

Газовая цементация

Этот процесс отличается более высокой производительностью, по сравнению с вышеописанным, поэтому такая технология востребована на промышленных предприятиях при массовом производстве.

Преимущества газовой ХТО:

• возможность контроля концентрации углерода в поверхностном слое;
• сокращение длительности обработки из-за отсутствия необходимости в прогреве емкости;
• возможность полной автоматизации;
• значительное упрощение финишной термообработки, так как закалку производят прямо из цементационной печи.

Оптимальные характеристики – твердость и износостойкость – обеспечивает цементация в природном газе, состоящем из метана, пропанбутановых смесей, жидких углеводородов. Процесс проходит при температурах +910…+930°C в печах шахтного типа, время обработки обычно составляет 6-12 часов.

Науглероживание также может производиться в растворах электролитов, кипящем слое, пастообразных составах.

Цементация стали: разбираемся в особенностях процесса

• Главная >
• Блог >
• Цементация стали: разбираемся в особенностях процесса

25.09.2022

Свойства металлов

Время чтения: 10 минут

Редакция сайта
VT-Metall

Сохранить статью:

Из этого материала вы узнаете:

• Суть цементации стали
• Типы стали, пригодные для цементации
• Виды цементации стали
• Пример цементации стали в домашних условиях
• Свойства стали после цементации

Цементация стали – процесс, который направлен на укрепление данного металла. Ее используют в промышленных условиях и в быту, так как существует несколько методов доведения металла до нужных показателей.

Несмотря на название, в процессе цементации не используется цемент или что-то подобное, а само действие связано с нагревом детали в различных средах. В нашей статье расскажем, какими способами происходит цементация, разберем все технологические операции, а также опишем свойства стали после обработки.

Суть цементации стали

У наших предков была распространена такая примитивная технология: железный клинок или другой инструмент оставляли в горящей печи в герметичном сосуде, заполнив его углем, на несколько дней. Мастера давно заметили, что после такого выпекания внешние слои металла становились значительно тверже, а пластичное железо самого корпуса изделия сохраняло свои свойства.

Таким образом, удавалось насытить железо углеродом, улучшив его режущие свойства и повысив прочность. В дальнейшем эта методика, получившая название цементации стали, развивалась по нескольким направлениям.

Цементацией называют термообработку металла, в ходе которой для улучшения характеристик материал контактирует с определенной химической средой. Для обработки используется жидкость, газовая смесь или твердый реагент, нагрев которых вызывает выделение свободных атомов углерода.

Благодаря происходящему при этом диффузному проникновению углерода во внешние слои сталь меняет свои свойства. Глубина проникновения углерода зависит от вида обработки и может достигать глубины до нескольких миллиметров.

Главной целью цементации стали является повышение сопротивляемости деталей вибрации, ударам и истиранию. Насыщение металла углеродом призвано улучшить характеристики его внешних слоев:

1. Происходит значительное улучшение характеристик поверхностных слоев с сохранением пластичности и упругости металла под ними. После обработки поверхность становится устойчивой к истиранию, а сама деталь прекрасно выдерживает рабочие нагрузки.
2. Полученная при цементации стали твердость соотносима с получаемой в ходе классической закалки.

Особенности методики:

• В процессе цементации стали крайне важны как температура, так и соблюдение необходимых требований по времени воздействия. Оптимальной с точки зрения насыщения стали углеродом является температура в диапазоне от +850 °С до +950 °С.
• Характерной особенностью диффузионного насыщения является его низкая скорость. В среднем, на цементирование 0,1 мм металла уходит около часа. Обычно минимальная глубина насыщения сплава составляет 0,8 мм, соответственно, на получение готовой к дальнейшей обработке детали уходит от восьми часов.
• Обработке такого рода подвергают легированные сплавы и стали с низким содержанием углерода, обладающие достаточной способностью к поглощению атомов углерода.
• Цементацию производят с использованием различных сред. Часто применяют методы термообработки с карбюризаторами в твердом или газообразном состоянии. Для обогащения металла углеродом также используют технологии, основанные на применении доведенного до кипения электролитного раствора и углеродсодержащие пастообразные реагенты.

В производственных процессах наиболее широкое распространение получили газообразные и твердые карбюризаторы.

Типы стали, пригодные для цементации

Металлы в данном разрезе делят на три группы по их свойствам:

• С неупрочняемой сердцевиной марок 20, 15 и 10. Обычно это детали бытовых устройств. Термообработка дает феррито-перлитную смесь, полученную из аустенита.
• Со слабоупрочняемой сердцевиной. Речь о слабо легированных сплавах на основе хрома (марки 20Х и 15Х). Для повышения пластичности и вязкости стали сплав дополнительно легируют ванадием, что дает возможность получить зерно меньших размеров.
• С сильно упрочняемой сердцевиной. Чаще всего используются для производства изделий сложной формы или с большим поперечным сечением, рассчитанных на ударные нагрузки. В ходе термической обработки металл легируют никелем или марганцем. Для уменьшения зернистости используют титановые или ванадиевые добавки в малых количествах.

К цементации часто прибегают при производстве клинков ножей, различных валов, осей и шестерней.

Виды цементации стали

Как упоминалось выше, для повышения содержания атомов углерода в структуре поверхностных слоев изделия используют углеродсодержащие смеси в различных состояниях:

• твердые;
• газообразные;
• жидкие (раствор электролитов).

Кроме того, нередко используют пастообразные карбюризаторы.

Рассмотрим эти методы подробно:

Обработка твердыми карбюризаторами

Для эффективного обогащения стали углеродом к смеси дубового и березового угля добавляют соль угольной кислоты, насыщенную кальцием или другим щелочным металлом. Для быстрого диффузионного насыщения поверхностных слоев стали углеродом смесь измельчают и просеивают через ряд сит, получая крупицы диаметром менее 10 мм. Продолжительность процесса зависит от толщины получаемого слоя.

Обработка в газовой среде

Обычно газовые смеси используют для термообработки частей двигателей. Такой метод позволяет обогащать поверхность изделий на глубину не более 2 мм. Карбюризатором служат различные газовые смеси.

Обработка осуществляется в несколько шагов:

• Герметичную печь с заготовками прогревают до +950 °С.
• В камеру медленно подают газовую смесь.
• Детали подвергаются воздействию в течение нескольких часов.
• Чтобы сократить длительность обработки, увеличивают температуру. Так, увеличение температуры на 50 °С уменьшает время насыщения в среднем на четыре часа.

Обработка в жидкой среде

Средой для процесса служит расплав солей.

Этапы обработки:

• расплав солей в специальной ванне прогревают до +850 °С;
• детали держат в жидкости необходимое время.

Для обработки на глубину 0,5 мм поверхности с помощью этого метода необходима выдержка не менее трех часов.

Обработка стали в вакууме

Сократить время, затрачиваемое на обработку поверхности металлических заготовок, позволяет использование вакуума.

Этапы обработки:

• печь с размещенными в ней деталями герметизируют;
• откачивают из камеры воздух;
• разогревают до нужной температуры;
• заготовки выдерживают в печи около 60 минут;
• в камеру нагнетают карбюризатор в составе газовой смеси;
• происходит обогащение внешних слоев заготовки;
• перед окончанием процесса из камеры снова откачивают воздух.

Для полноценного насыщения поверхности изделия углеродом необходимо повторить обработку как минимум трижды. Обработанные детали охлаждают инертными газами.

Обработка с помощью паст

Пасты для цементации металла делают на основе угольной пудры. При нанесении карбюризатора на заготовку следует иметь в виду, что для вычисления необходимой толщины слоя пасты требуемую глубину насыщения нужно умножить на 8. Для запуска процесса изделия прогревают до +1000…+1200 °С в индукционной печи.

Обработка электролитным раствором

Для обогащения внешних слоев изделия углеродом с помощью электролитного раствора его разогревают до +450…+1050 °С и воздействуют на жидкость электрическим током под напряжением 300 В. Далее изделия держат в растворе в течение периода, который позволяет сформироваться насыщенному углеродом слою металла необходимой толщины.

Цементация стали своими руками

Выше рассмотрены основные технологии промышленного насыщения стали углеродом. Если необходимо произвести цементацию в условиях собственной мастерской, лучше использовать методику обработки стали с помощью твердых карбюризаторов. Разберем ее этапы:

1. Заготовки укладывают в металлический короб, пересыпая их карбюризатором так, чтобы исключить их соприкосновение и контакт деталей со стенками.
2. Емкость герметизируют.
3. Короб отправляют в печь, разогретую до +700 °С. При прогреве емкости с заготовками необходимо следить, чтобы на стенках емкости с деталями и подовой плите печи не появлялись пятна или полосы. Образование последних говорит о перегреве или неравномерном прогреве емкости и заготовок.
4. Далее температуру постепенно повышают, доводя ее до +800…+950 °С.
5. Длительность обработки может варьироваться в пределах 6–20 часов в зависимости от требуемой глубины цементации.
6. Детали охлаждают при комнатной температуре, не доставая их из карбюризатора. При необходимости впоследствии проводят дополнительную термическую обработку.

Цементирование в собственной мастерской получается не хуже, чем в условиях производства.

Рекомендуем статьи

• Сплав железа и меди: область применения
• Углерод в металле и его влияние на свойства материала
• Легированные конструкционные стали: характеристики и применение

С помощью небольшого набора необходимого оборудования и реагентов вполне реально качественно произвести цементацию поверхности заготовок самостоятельно. Но это относится к случаям, когда вы собираетесь работать с металлом на постоянной основе. Дело в высокой стоимости необходимых для такой обработки расходных материалов и устройств.

Как цементация меняет свойства стали

• В результате диффузионного насыщения поверхности металла углеродом образуется равномерный слой, имеющий твердость от 60 до 64 единиц по шкале Роквелла.
• В ходе термической обработки при температуре от +700 °С металл может незначительно изменить структуру.
• В процессе цементации стали зерна в структуре стали уменьшаются из-за процедуры закаливания при +900 °С,

Чтобы уменьшить размер зерен, после цементации заготовки требуют дополнительной термообработки:

• Большая часть видов стали в таком случае требуют повторного разогрева до +750…+780 °С и закаливания в воде с последующим отпуском при температуре от +150 °С до +180 °С или нормализации.
• Когда обработке подвергается легированная сталь, можно ограничиться нормализацией.

При сквозном прогреве сердцевин стальных заготовок в них образуется мартенсит. Время и температурный режим дальнейшей обработки изделия зависят от марки стали. Как показала практика, в большинстве случаев достаточно простого отпуска при низкой температуре.

Необходимость улучшить прочностные показатели стали, применяемой для изготовления деталей той или иной конструкции, встречается нам постоянно. Именно качество термической структуры металла в дальнейшем будет определять то, насколько хорошо конечное изделие покажет себя в эксплуатации.

Наряду с множеством известных сегодня методов улучшения рабочих свойств металлических изделий способ цементации является одним из наиболее действенных. Для того чтобы в полной мере достичь требуемого результата, при обработке необходимо тщательно соблюдать все условия, которых требует данная технология.

Соблюдение правильной температуры и времени выдержки, правильный выбор карбюризатора и оборудования критически важны в металлообработке. Небольшое отклонение от требуемых параметров в ходе цементации впоследствии может обернуться снижением прочности и долговечности всей конструкции. Каждая деталь здесь требует внимательного и ответственного подхода.

Читайте также

22.05.2023

Чем снять краску с металла: методы и подходы

Подробнее

17.05.2023

Цинкование металла: суть технологии, методы и области применения

Подробнее

12.05.2023

Что такое силумин

Подробнее

10.05.2023

Чем сверлить нержавейку

Подробнее

05.05.2023

Рессорная сталь: характеристики, сферы применения

Подробнее

04.05.2023

Перехлест арматуры: виды, стыковка, особенности

Подробнее

03.05.2023

Метод штамповки: плюсы и минусы, виды

Подробнее

28.04.2023

Термическая сварка: виды и особенности

Подробнее

Цементация | осадочная порода | Британника

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — лучший ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полета на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые питают наше любопытство к космосу!

Содержание

• Введение

Краткие факты

• Связанный контент

Цементация Определение и значение — Merriam-Webster

ce·​men·​ta·​tion

ˌsē-ˌmen-ˈtā-shən 

1

: процесс окружения твердого тела порошком и нагревания всего тела таким образом, что твердое тело изменяется путем химической комбинации с порошком 142 состояние цементирования

Примеры предложений

Недавние примеры в Интернете

Но это 9Процесс цементирования 0155 может занять годы или десятилетия, что является невообразимо долгим ожиданием по сегодняшним стандартам.

— IEEE Spectrum , 14 марта 2023 г.

Второй материал представлял собой тип песка (называемый SLS) и основан не на цементировании , а на переплетении ткани.

— Лейси Шлей, Discover Magazine , 22 июля 2014 г.

Сделка с Ираком была заключена менее чем через месяц после того, как Weatherford заключила пятилетний контракт на поставку цементирование , заканчивание, хвостовики, твердые расширяемые элементы и услуги по выходу из обсадной колонны для компании Saudi Aramco.

— Серхио Чапа, Houston Chronicle , 8 октября 2019 г.

Финансовые условия не разглашаются, но Weatherford описывает сделку как пятилетнее соглашение о корпоративных закупках на поставку цементировочных материалов , заканчивания, хвостовиков, твердых расширяемых элементов и технологий выхода из обсадной колонны компании Saudi Aramco.

—Серджио Чапа, 9 лет0155 Houston Chronicle , 18 сентября 2019 г.

Эти примеры программно скомпилированы из различных онлайн-источников, чтобы проиллюстрировать текущее использование слова «цементация». Любые мнения, выраженные в примерах, не отражают точку зрения Merriam-Webster или ее редакторов. Отправьте нам отзыв об этих примерах.

История слов

Первое известное использование

1592, в значении, определенном в смысле 1

Путешественник во времени

Первое известное использование цемента было
в 1592 году

Посмотреть другие слова того же года

Словарные статьи рядом с

цементация

цементный

цементация

цементирующий

Посмотреть другие записи поблизости

Процитировать эту запись
«Цементация».