Цементация это: что это такое, сущность процесса

Содержание

Цементация сталей

Цементация – это насыщение поверхностного слоя изделия углеродом с целью повышения твёрдости и износостойкости при сохранении вязкости сердцевины.

Температуру для цементации заготовки выбираю исходя из того, насколько требуется её науглероживание. Она колеблется в диапазоне 800-950 градусов цельсия.

Для науглероживания металла на 0,1 мм требуется примерно 1 час.

Цементации обычно подвергаются легированные стали и стали с содержанием углерода до 0,25%

Глубина цементированной зоны составляет 0,3-2,5 мм, но для достижения оптимальных свойств сталь цементируют примерно на 1,5-2,6 мм.

На рис. 1 представлено схематическое изображение цементированной стали.

Цементацию производят в твёрдой, газообразной и жидкой среде.

Для цементации в твёрдой среде используют карбюризаторы (углеродосодержащие вещества). Они способны отдавать углерод материалам, которые расположены рядом, но для этого необходима высокая температура.

Наиболее простыми и популярными карбюризаторами являются дубовый и берёзовый уголь.

Уголь дробится на мелкие фракции, размер которых не должен превышать 10мм. После измельчения уголь смешивают с солью угольной кислоты из любого металла щелочной группы

Рис. 1. Структура цементированной стали

. Процентное содержание угля в составе должно быть около 90%.

Существуют два способа приготовления рабочей смеси:

  1. Уголь перемешивают с солью для более качественной цементации.
  2. Уголь пропитывают соляным раствором и высушивают. Данный способ приготовления смеси более эффективен.

Процесс цементации стали можно представить в следующем виде:

  • Цементируемые детали помещают в железный ящик с угольным составом;
  • Герметизированный ящик подают в заранее подогретую до 700-800 градусов цельсия печь;
  • Далее температуру в печи увеличивают до 800-950 градусов цельсия. При данной температуре происходит внедрение атомов углерода в заготовку;
  • Длительность выдерживания зависит от толщины, которая требуется.

На рис. 2 представлено схематическое изображение цементационного ящика с заготовками.

Рис. 2. Цементационный ящик с деталями

Жидкая среда – это раствор карбонатных солей щелочных металлов с низкой температурой плавления.

В данном методе температура, в которой происходит цементация, составляет 850 градусов цельсия. Деталь погружают в раствор и выдерживается около трёх часов.

Данный метод отличается сравнительно небольшим насыщенным слоем, не превышающим 0,5 мм.

Достоинством данного метода является то, что обработанные детали имеют незначительную деформацию, а также возможна их закалка без промежуточного этапа, нельзя не учитывать то, что данный метод обеспечивает высокую скорость реакции и равномерное покрытие стали.

На рис. 3 мы видим деталь, опущенную в рабочий раствор.

Рис. 3. Цементация металла в жидкой среде

Цементацию в газовой среде применяют в массовом производстве деталей.

При таком виде обработки углерод не проникает глубже 2 мм.

Рабочим веществом служат искусственные или природные газы с высоким содержанием углерода.

Для получения насыщенного слоя глубиной 1,2 мм требуется 15 часов при температуре 900 градусов цельсия.

Технологический процесс цементации стали можно представить в следующем виде:

  • Изделие, подвергаемое цементации, помещается в печь.
  • Температура в печи поднимается до 910-950 градусов цельсия.
  • Производится подача газа в печь.
  • Выдержка изделия в газовой среде.

Для ускорения процесса температуру могут поднимать, так при увеличении температуры до 1000 градусов цельсия, можно получить науглероженный слой 1,2 мм за 8 часов.

На рис. 4 изображен схематический процесс цементации стали в газовой среде.

Рис. 4. Схема процесса газовой цементации

Таким образом, ознакомившись с процессом цементации более детально, можно сделать вывод, что цементация является самой важной составляющей в процессе обработки сталей.

Цементация стали | Полезные статьи о металлопрокате

  • Особенности процесса
  • Методы науглероживания
    • Цементация в «жидкой» среде
    • Цементация газом
    • Цементация в вакууме
    • Цементация в растворе электролита
    • Науглероживание с использованием твердой среды
    • Цементация с использованием паст
  • Преимущества и недостатки
  • Обогащение металла в домашних условиях
  • Что же в результате?

Цементация стали – термическая обработка металла, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя обрабатываемого материала углеродом. Цементация направлена на изменение свойств стали, что дает возможность получать металлы желаемой прочности. Цементация проводится на низкоуглеродистых сталях (с содержанием углерода до 0,25%) для изменения свойств поверхностного слоя материала на дальнейших этапах обработки, например, для увеличения его твердости и устойчивости к абразивному износу, при этом, сердечник металла остается мягким и гибким. Содержание углерода в зоне цементации увеличивается до 1–1,3%, а глубина чаще всего составляет 0,5–2 мм. Чаще всего для цементации используются стали различного легирования с процентным содержанием углерода не более 0,3%.

Особенности процесса

Цементация стали представляет собой термический процесс, который имеет множество особенностей:

  • Сталь может обрабатываться в твердой, газовой или жидкой среде.
  • При равномерном нагревании в одной из этих сред поверхностные свойства стали изменяются – благодаря проникновению в металл углерода повышается его прочность и твердость, улучшается устойчивость к износу.
  • Науглероживание легированной стали может проводиться при разных температурах. Так, если цементация происходит на производстве, манипуляции проводят при температуре до 1200 градусов Цельсия. Если цементацию стали проводят в домашних условиях, оптимальная температура нагрева составляет 500 градусов. Так как в процессе равномерного разогревания изменяется атомная решетка стали, ее поверхность получает аналогичные повторной закалке характеристики.
  • Стали, используемые для науглероживания, часто содержат хром, который предотвращает перегрев и увеличивает прочность сердечника.

Можно сказать, что науглероживание в какой-то мере идентично закалке, однако в процессе ее проведения сталь становится более твердой, и приобретает высокие эксплуатационные характеристики.

Проводя цементацию стали в домашних условиях, не стоит ожидать быстрого итога, так как максимальная скорость процесса составляет около 0,1 в час, соответственно, чтобы провести науглероживание обычного кухонного ножа с целью упрочнения его характеристик (оптимальный размер упрочнения — 0,8 мм), нужно потратить не меньше 8 часов.

Методы науглероживания

Существует несколько методов цементация стали, некоторые из которых сегодня практически не применяются.

    Цементация в «жидкой» среде.

Выполняется путем погружения заготовок в расплавленные соли, которые представляли собой смесь хлоридов, карбонатов или цианидов щелочных металлов. Процесс проводится в следующем порядке:

  • Ванны с расплавленными солями нагреваются до температуры 850 градусов.
  • Стальные заготовки опускаются в ванны и оставляются там до завершения науглероживания.

Максимальная толщина слоя цементируемой в жидкой основе стали, составляет 0.5 мм – это приблизительно три часа.

  • Цементация газом
  • Проходит при температуре около 920–950 градусов Цельсия в атмосфере окиси углерода. Науглероживающие газы очищаются, чтобы предотвратить отложение сажи на поверхности стали, которая может препятствовать поглощению углерода. Газовую среду используют при изготовлении двигателей. В процессе производства происходит обогащение стали углеродом вглубь на 2 мм. Процесс обогащения можно разделить на несколько этапов:

    • Помещение заготовок в печь, разогретую до температуры 950 градусов.
    • Подача насыщенного углеродом газа.
    • Выдерживание металлических заготовок на протяжении 12 часов, в результате чего на поверхности стали образуется слой, толщиной до 1,2 мм. Для ускорения процесса температуру печей могут повышать более 1000 градусов.
  • Цементация в вакууме
  • Науглероживание, которое заключается в нагреве стали в вакуумной среде. Процесс обработки проходит следующим образом:

    Заготовки из стали укладываются в печь, внутри которой создается вакуумная среда.

    Печь разогревается до заданной температуры, при которой заготовки выдерживаются около часа. После этого в печь начинает поступать углеводородный газ, который и обогащает верхние слои металла.

    Далее в печи снова создается вакуумная среда.

    Слой необходимой толщины можно получить только после проведения трех аналогичных стадий.

    Охлаждение стали проходит также в печи под воздействием инертных газов.

  • Цементация в растворе электролита
  • Заготовки помещаются в электролитный раствор, который нагревается до температуры 450 – 1000 градусов, после чего в него подают напряжение до 300 вольт. В ходе такого воздействия метал обогащается углеродом.

  • Науглероживание с использованием твердой среды
  • С этой целью используется твердый карбюризатор. При цементации в условиях производства используется смесь древесного угля, который получают из березы и дуба, и соль угольной кислоты, насыщенную щелочными металлами. Чтобы процесс обогащения проходил быстрее, смесь дробится до состояния мелкой фракции, размером в 10 мм. Процесс проводится в следующей последовательности:

    • Подготовленную угольную смесь засыпают в ящики, куда укладывают и заготовки.
    • Проводят герметизацию ящиков, которые потом на протяжении определенного периода прогревают со всех сторон до температуры 800 – 950 градусов.

    Длительность обработки зависит от того, какая твердость должна быть предана заготовкам из стали.

  • Цементация с использованием паст
  • Пасты, состоящие из пыли древесного угля, наносят на заготовки, после чего их помещают в индукционную печь, которая прогревается до температуры 1000 градусов. Паста наносится слоем, превышающим в 8 раз толщину предполагаемого углеродного слоя.

    Преимущества и недостатки

    Науглероживание позволяет получить твердые, износостойкие поверхности, применяемые как в быту, так и на производстве. Механизмы из стали, прошедшие процесс обогащения углеродом, гораздо сильнее защищены от повреждений из-за ударной нагрузки при более мягком сердечнике. В отличие от других процессов поверхностного упрочнения, этот процесс обычно используется для получения большей толщины углеродной пленки. К недостаткам можно отнести:

    • Возможное изменение структуры металла.
    • Науглероженные изделия нуждаются в финишной обработке.
    • Для проведения работ требуется опыт и весьма дорогое оборудование.

    Обогащение металла в домашних условиях

    Для проведения работ в домашних условиях используется твердая среда. Науглероживание с применением твердой среды не нуждается в приобретении дорогостоящего оборудования и присутствии мастера с опытом работы в данной области. Чтобы провести цементацию, необходимо сделать карбюризатор. Для этого можно:

    1. Смешать древесный уголь (измельчив его до примерно одинаковых частиц) с одинаковым количеством соли.
    2. Древесный уголь изначально поливается соленой водой и просушивается.

    Заготовки запекаются в жаропрочных ящиках, места соединений и щели которых герметизируются глиной. Ящики устанавливаются в печь, и равномерно нагреваются до температуры 700 градусов. При более низких температурах процесс обогащения увеличивается в несколько раз.

    Что же в результате?

    В результате науглероживания плотность верхнего слоя металла (нелегированные сплавы) достигает до 58 HRC, а на низкоуглеродистых сплавах – до 60 HRC. В результате изделия приобретают нужную твердость, а их сердечник остается вязким. При этом стоит учитывать, что в процессе обогащения может измениться структура сплава, и это является, как упоминалось выше, главным недостатком цементации. Чтобы нивелировать данное свойство, науглероженные заготовки подвергают закалке с последующим отпуском либо нормализацией (зависит от типа стали). В процессе закалки происходит образование феррита, что приводит к измельчению зерновой структуры. Чтобы избежать поверхностных деформаций, проводят низкотемпературный отпуск сплава.

    Мягкие стальные сплавы, подвергнутые науглероживанию, имеют твердую поверхность и мягкий сердечник. Это означает, что цементированная низкоуглеродистая сталь тверже, но не является хрупкой. Сердечник в значительной степени сохраняет свою пластичность и прочность, будучи защищенным твердой поверхностью, при этом он позволяет изготавливать детали даже очень сложных форм (к примеру, внутренние компоненты машин).

    Усиленная поверхность показывает лучшую устойчивость к износу и усталости – металлы, прошедшие науглероживание, способны выдерживать высокие нагрузки и служат гораздо дольше.

    Что такое цементация? — Определение из Trenchlesspedia

    Что означает цементация?

    Цементирование нефтяной скважины представляет собой процесс приготовления водно-цементного раствора и заливки его в обсадную трубу на требуемую глубину в скважине. Цементирование нефтяных скважин может выполняться по разным причинам, например, для изоляции зон для изоляции углеводородных и водоносных пластов или для изоляции зон поглощения. Цементация также может быть выполнена для создания гидравлического уплотнения и предотвращения перемещения жидкости вверх по кольцевому пространству между обсадной колонной и стволом скважины, а также для защиты обсадной колонны от ее опирания на стенку ствола скважины.

    Реклама

    Бестраншейная экспедиция Объясняет цементирование

    Цементирование бывает двух видов: первичное цементирование выполняется сразу после спуска обсадной колонны; вторичное цементирование относится к любой другой операции, требующей закачки цемента в скважину либо на этапе бурения, либо на этапе добычи. Поскольку нефтяные и газовые скважины бурятся поэтапно, каждая ступень закрепляется опускающимися обсадными трубами, поддерживаемыми центраторами. Затрубное пространство между обсадной трубой и стенкой скважины цементируется водоцементным раствором, замешанным до необходимой густоты. Цементация помогает склеивать и поддерживать обсадную колонну и защищать ее от коррозии, изолировать зоны, через которые может происходить утечка и загрязнять подземные воды, а также ограничивает перемещение жидкости между пластами.

    Реклама

    Поделись этим термином

    Связанные термины
    • Цементная пробка
    • Шлам
    • Корпус
    • Центратор
    • Грязевая стена
    • Точка корпуса
    • Центратор кожуха
    • Цементированный грунт
    Похожие материалы
    • Асбестоцементная труба: почему это проблема и как ее решить бестраншейным способом
    • Обзор реконструкции структурных люков
    • 4 распространенные причины бестраншейной реабилитации в вашем районе
    • Замена футеровки труб: бестраншейная альтернатива замене труб
    • Микротоннелирование: ключевые элементы планирования, которые необходимо знать
    • Наука правильного решения: поиск подземных коммуникаций
    Теги

    Горизонтально-направленное бурениеБестраншейные методыБестраншейное строительство

    Актуальные статьи

    Бестраншейное строительство

    Понимание 4 этапов исследования места

    Бестраншейная реабилитация

    5 лучших способов соединения труб, на которые всегда можно положиться

    Бестраншейная реабилитация

    Как узнать, есть ли в вашем доме асбестоцементные трубы

    Бестраншейное строительство

    Как работают тоннелепроходческие машины

    В чем разница между цементацией и уплотнением? отложений от веса воды и оседания других отложений поверх нее.

    Цементация и уплотнение являются важными терминами в науках о почве. Цементация – это затвердевание и сварка обломочных отложений за счет осаждения минерального вещества в поровых пространствах. Уплотнение или уплотнение почвы — это приложение напряжения к почве, которое может вызвать уплотнение, поскольку воздух вытесняется из пор между зернами почвы.

    СОДЕРЖАНИЕ

    1. Обзор и ключевые отличия
    2. Что такое цементация
    3. Что такое уплотнение
    4. Сравнение цементации и уплотнения в табличной форме
    5. Резюме – Цементация по сравнению с уплотнением

    Что такое цементация?

    Цементация – это затвердевание и сварка обломочных отложений путем осаждения минерального вещества в поровых пространствах. Обломочные отложения в этом контексте относятся к отложениям, образованным из ранее существовавших фрагментов горных пород. Цементацию можно охарактеризовать как последнюю стадию образования осадочных пород.

    Рисунок 01: Кальцитовый цемент на известняке

    В процессе цементации обычно участвуют ионы, переносимые грунтовыми водами, химически осаждающиеся с образованием новых кристаллических материалов между осадочными зернами. В этом процессе новые минералы образуют «мостики», заполняющие поры между первоначальными зернами осадка и старыми. Поэтому они могут связать их вместе. Таким образом, песок становится песчаником, а гравий — конгломератами или брекчией.

    Кроме того, цементация происходит как часть диагенеза или литификации отложений и происходит в основном ниже уровня грунтовых вод без учета размера осадочных зерен. Кроме того, для кристаллизации нового минерального цемента требуется большое количество поровой воды, проходящей через поры отложений.

    Что такое уплотнение?

    Уплотнение или уплотнение почвы — это процесс приложения напряжения к почве, который может вызвать уплотнение, поскольку воздух вытесняется из пор между зернами почвы. Напротив, если причиной уплотнения является вода или другая жидкость, вытесняемая между зернами почвы, то мы называем это уплотнением, а не уплотнением. Как правило, уплотнение происходит в результате уплотнения почвы тяжелой техникой. Однако это также может произойти из-за прохождения ног животных.

    Рисунок 02: Уплотнитель

    В области почвоведения уплотнение грунта можно описать как сочетание инженерного уплотнения и консолидации. Поэтому оно может иметь место из-за недостатка воды в почве, приложенного напряжения, возникающего из-за внутреннего всасывания и испарения воды, из-за прохода животных и т. д.

    Кроме того, почва, подвергшаяся уплотнению, менее способна поглощать осадки, что увеличивает сток и эрозию. Поскольку зерна минеральной почвы спрессованы друг с другом, растениям трудно выжить в таком типе почвы.

    В чем разница между цементацией и уплотнением?

    Цементация и уплотнение являются важными терминами в науках о почве. Ключевое различие между цементацией и уплотнением заключается в том, что цементация относится к процессу склеивания отложений минералами, которые выходят из перенасыщенной воды, тогда как уплотнение относится к смешиванию отложившихся отложений под весом воды и осаждению других отложений на поверхности. сверху этого.

    Приведенная ниже инфографика представляет различия между цементированием и уплотнением в табличной форме для параллельного сравнения.

    Резюме – Цементация по сравнению с уплотнением

    Цементация – это затвердевание и сварка обломочных отложений путем осаждения минерального вещества в поровых пространствах. Уплотнение или уплотнение почвы — это приложение напряжения к почве, которое может вызвать уплотнение, поскольку воздух вытесняется из пор между зернами почвы. Ключевое различие между цементацией и уплотнением заключается в том, что цементация относится к процессу склеивания отложений минералами, которые выходят из перенасыщенной воды, тогда как уплотнение относится к смешиванию отложившихся отложений под весом воды и осаждению других отложений на поверхности. сверху этого.

    Ссылка:

    1. «Уплотнение почвы: методы, значение и последствия». Mintek Resources , 3 марта 2022 г.

    Изображение предоставлено:

    1.