Цементация в домашних условиях: что это, как сделать в домашних условиях

Цементация металла – виды цементации стали и нюансы процесса

1. Сущность процесса цементации
2. Проведение цементации стали в твердой среде
3. Цементация деталей в газовой среде
4. В каких еще средах может проводиться цементация стали

Цементация, осуществляемая в различных средах и исключительно под воздействием высоких температур, является очень распространенным методом химико-термической обработки металла, успешно применяемым уже не один десяток лет.

Подготовка деталей для цементации

Сущность процесса цементации

Смысл любых методов химико-термической обработки металлов, к числу которых относится и цементация стали, заключается в том, что изделие нагревают до высокой температуры в специальной среде (жидкой, твердой или газообразной). Такое воздействие приводит к тому, что меняется химический состав металла – поверхность обрабатываемого изделия насыщается углеродом, в итоге становится более твердой и износостойкой. Что важно, сердцевина обработанных деталей остается вязкой.

Добиться желаемого эффекта после такого воздействия на металл можно лишь в том случае, если обработке подвергают низкоуглеродистые стали, в составе которых углерода содержится не более 0,2%. Для того чтобы выполнить цементацию, изделие нагревают до температуры 850–950 градусов Цельсия, а состав среды подбирают таким образом, чтобы она при нагреве выделяла активный углерод.

Если цементацию стали проводить квалифицированно, можно не только изменить химический состав металлического изделия, но также преобразовать его микроструктуру и даже фазовый состав. В результате удается значительно упрочнить поверхностный слой детали, придать ему характеристики, сходные со свойствами закаленной стали. Для того чтобы добиться таких результатов, необходимо правильно подобрать параметры химико-термической обработки металла – температуру нагрева и время выдержки обрабатываемого изделия в специальной среде.

Оборудование для вакуумной цементации стали

Данная технологическая операция является достаточно продолжительной по времени, так как процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом проходит очень медленно (0,1 мм за 60 минут). Учитывая тот факт, что упрочненный поверхностный слой для большинства изделий должен составлять не менее 0,8 мм, можно рассчитать, что на выполнение цементации металла необходимо будет затратить не менее 8 часов. Основными типами сред для выполнения цементации металла (или, как их правильно называют, карбюризаторами) являются:

• газообразные среды;
• растворы электролитов;
• пастообразные среды;
• кипящий слой;
• твердые среды.

Наиболее распространенными являются газообразные и твердые карбюризаторы.

Зависимость толщины цементованного слоя от времени и температуры обработки

Проведение цементации стали в твердой среде

Чаще всего для выполнения цементации металла в твердой среде используется смесь, состоящая из углекислого натрия, бария или кальция и березового или дубового древесного угля (70–90%). Перед этим все компоненты такой смеси измельчаются до фракции 3–10 мм и просеиваются, что необходимо для удаления слишком мелких частиц и пыли.

После того, как компоненты смеси для химико-термической обработки металла подготовлены, их можно смешать несколькими способами.

• Компоненты смеси (соль и уголь) тщательно перемешиваются в сухом состоянии. Если пренебречь этим требованием, то после окончания процесса цементации на поверхности изделия могут образоваться пятна.
• Соль растворяют в воде и полученным раствором поливают древесный уголь, после чего его просушивают до достижения влажности не более 7%.

Следует отметить, что второй способ предпочтительнее, так как позволяет получить смесь с более равномерным составом.

Древесноугольный карбюризатор

Как в производственных, так и в домашних условиях цементация изделий из стали выполняется в ящиках, в которые засыпан карбюризатор. Чтобы улучшить качество поверхностного слоя обрабатываемого металла, а также сократить время, идущее на прогрев ящиков, лучше всего изготавливать их максимально приближенными к размерам и формам деталей.

Оптимальные условия для протекания цементации стали можно создать, исключив утечку газов, образующихся в карбюризаторе в процессе нагрева. Для этого ящики, у которых должны быть плотно закрывающиеся крышки, тщательно обмазывают огнеупорной глиной перед помещением в печь.

Естественно, использовать специально изготовленные ящики целесообразно лишь в промышленных условиях. Для цементации металла в домашних условиях применяют ящики стандартных размеров и формы (квадратные, прямоугольные, круглые), подбирая их в зависимости от количества обрабатываемых деталей и внутренних размеров печи.

Оптимальным материалом для таких ящиков является жаростойкая сталь, но может быть использована и тара из малоуглеродистых сплавов. Технологический процесс цементации изделий из металла выглядит следующим образом.

Наглядное изображение изменения структуры после цементации

• Подготовленные для обработки детали укладывают в ящики, пересыпая слоями карбюризатора.
• Наполненные ящики, обмазанные огнеупорной глиной, помещают в предварительно прогретую печь.
• Выполняют так называемый сквозной прогрев ящиков с деталями, при котором они нагреваются до температуры 700–800 градусов Цельсия. О том, что ящики хорошо прогрелись, судят по цвету подовой плиты: на ней не должно быть темных пятен в местах соприкосновения с тарой.
• Температуру в печи поднимают до 900–950 градусов Цельсия. Именно при таких значениях проводят цементацию стали.

Высокая температура и специальная среда, в которой находится металл, способствуют тому, что происходит диффузия атомов активного углерода в кристаллическую решетку стали. Следует отметить, что выполнение цементации стали возможно в домашних условиях, но часто не позволяет добиться желаемого эффекта. Объясняется это тем, что для процесса цементации необходима длительная выдержка детали при высокой температуре. Как правило, это трудно обеспечить в домашних условиях.

Цементация деталей в газовой среде

Авторами данной технологии являются С. Ильинский, Н. Минкевич и В. Просвирин, которые под руководством П. Аносова впервые использовали ее на комбинате в г. Златоусте. Суть данной технологии заключается в том, что обрабатываемые детали из металла нагреваются в среде углеродосодержащих газов, которые могут быть искусственного или природного происхождения. Чаще всего используется газ, который образуется при разложении продуктов нефтепереработки. Такой газ получают следующим способом:

• нагревают стальную емкость и подают в нее керосин, который при испарении разлагается на смесь газов;
• состав некоторой части (60%) полученного газа модифицируют (крекирование).

Полученная смесь и используется для выполнения химико-термической обработки стали.

Процесс цементации стали

Если цементацию стали провести с применением только пиролизного газа, без добавления крекированного, то глубина науглероженного слоя будет недостаточной. Кроме того, в таком случае на поверхности обрабатываемой детали осядет большой слой сажи, на удаление которого может уйти много времени и сил.

Печи, которые используются для выполнения газовой цементации металла, должны герметично закрываться. На современных производственных предприятиях применяют два основных типа таких печей: методические и стационарные. Сам процесс цементации в газовой среде выглядит следующим образом. Обрабатываемые детали помещают в печь, температуру в которой доводят до 950 градусов Цельсия. В нагретую печь подают газ и выдерживают в нем детали определенное время.

По сравнению с цементацией стали с использованием твердого карбюризатора, данная технология имеет ряд весомых преимуществ:

• обеспечение лучших условий для обслуживающего персонала;
• высокая скорость достижения требуемого эффекта за счет того, что детали в газовой среде могут выдерживаться меньшее количество времени (к тому же не требуется время для приготовления твердого карбюризатора).

Цементация стали в домашних условиях

В каких еще средах может проводиться цементация стали

Отдельные сорта углеродистых, низкоуглеродистых и легированных сталей, в частности 15, 20, 20ХГНР, 20Х, 20Х2Н4А, 18Х2Н4ВА, 20Г, 12ХН3А и др., могут проходить цементацию в других средах.

Электролитический раствор

В такой среде можно науглероживать только детали, отличающиеся небольшими размерами. Основывается данный метод на анодном эффекте, благодаря которому и происходит насыщение поверхности металла углеродом, содержащимся в растворе электролита. Для того чтобы раствор содержал достаточное количество активного углерода, в него добавляют глицерин, ацетон, сахарозу и другие вещества. Перед тем, как поместить деталь из стали в раствор, его нагревают до температуры 450–1050 градусов Цельсия (в зависимости от обрабатываемого металла и размеров детали). Для разогрева раствора используют электрический ток с напряжением 150–300 В.

Кипящий слой

Цементацию стали по данной технологии проводят в среде раскаленного газового потока, формируемого при прохождении метана и эндогаза через слой нагретого мелкоизмельченного (0,05–0,2 мм) корунда.

Пастообразные составы

Для науглероживания поверхности металла по данной технологии используются специальные пасты, состоящие из желтой соли, древесной пыли и сажи. Перед обработкой деталь обмазывают такой пастой и просушивают, а только затем нагревают до температуры 910–1050 градусов Цельсия при помощи токов высокой частоты.

По какой бы технологии ни была выполнена цементация стали, после ее окончания рекомендуется провести отпуск металла.

Цементация стали: способ обработки, оборудование

Главная » Сталь » Зачем и как делать цементацию стали

На чтение 6 мин

Содержание

1. Общие сведения о процессе цементации стали
2. Свойства металла после обработки
3. Классификация среды в которой проходит цементация стали
4. Цементация с использованием твердой среды
5. Цементация в газовой среде
6. Цементация в жидкой среде
7. Цементация в вакууме
8. Цементация пастами
9. Цементация в электролитическом растворе
10. Недостатки цементации
11. Цементация стали своими руками

Во время обработки стали на производстве, используются различные виды оборудования и химические вещества. Одним из процессов обработки является цементация стали. Это химико-термическое воздействие, во время которого материал разогревается, и его атомная решётка перестраивается. Дополнительно к этому, в состав металла попадают необходимые вещества для изменения его свойств.

Цементация стали

Общие сведения о процессе цементации стали

Цементация стали — особый термический процесс, обладающий множеством особенностей:

1. При равномерном разогревании, металл обрабатывается в жидкой, твёрдой или газовой среде. Одновременно с этим, свойства стали изменяются.
2. Качество цементированного слоя улучшается благодаря тому, что во время плавного разогревания в металл проникает углерод. Повышается его прочность и износоустойчивость.
3. Цементация может проводится при различных температурах. При проведении манипуляций на производстве, температура нагрева достигает 1200 градусов. При обработке в домашних условиях, оптимальной температурой считается показатель в 500 градусов.
4. Поверхность металла получает идентичные характеристики, что и при повторной закалке. Это объясняется тем, что процесс равномерного разогревания изменяет атомную решётку материала.

Подведя итоги, можно сказать о том, что цементация стали похожа на процесс закалки, однако, при такой обработке металл получает более высокие эксплуатационные характеристики.

При самостоятельной обработке, не нужно надеяться на быстрый эффект. Максимальная скорость цементации, проводимой самостоятельно, может достигать 0.1 в час. Оптимальный размер упрочнения ножа для бытового использования должен составлять 0.8 мм. Следовательно, процесс займёт не менее 8 часов.

Свойства металла после обработки

После цементации увеличивается прочность используемых заготовок. На поверхности металла образуется науглероженный слой. Его твердость легированной стали не превышает 58–61 HRC, а в металлах с малым содержанием углерода — 60–64 HRC. Чтобы убрать крупные зёрна, образующиеся после термической обработки, заготовку нагревают повторно, а после этого проводят отпуск.

Дополнительная закалка для исправления недочетов должна проводиться при температуре в 900 градусов. Крупные зерна измельчаются благодаря образованию перлита и феррита. Если речь идет о легированной стали, в качестве дополнительной обработки проводится нормализация. На заключительном этапе обработки, заготовка подвергается низкотемпературному отпуску.

Отпуск стали

Классификация среды в которой проходит цементация стали

Обогащение стали углеродом и изменение атомной решетки металла может проводиться в разной среде:

• твердой;
• газообразной;
• жидкой;
• электролитическом растворе.

Также возможно проведение цементирования с помощью паст.

Каждый из способов обработки требует отдельного рассмотрения, так как обладает своими особенностями.

Цементация с использованием твердой среды

Чтобы обработка прошла успешно, необходимо использовать твёрдый карбюризатор. На производстве для этого используют смесь древесного угля, полученную из дуба и берёзы. Дополнительно, к углю добавляется соль угольной кислоты, которая насыщена кальцием или другими щелочными металлами. Чтобы углерод выходил быстрее и насыщал сталь, заранее подготовленную смесь дробят до мелкой фракции. Она просеивается сквозь несколько сит, чтобы на выходе получились одинаковые крупицы размером в 10 мм.

Рабочий процесс:

1. Когда смесь подготовлена, её помещают в ящики.
2. Позже в них закладываются заготовки. Ящики герметизируются со всех сторон и разогреваются до 800 градусов.
3. Температура медленно повышается до 950 градусов.

Длительность обработки будет зависеть от того, какую толщину углеродного слоя необходимо получить на выходе.

Древесный уголь

Цементация в газовой среде

Обработка в газовой среде применяется при изготовлении двигателей. Сталь обогащается углеродом только на 2 мм вглубь. В качестве газов используются любые смеси, обогащенные углеродом.

Этапы обработки:

1. Заготовки помещаются в герметичную печь. Она разогревается до 950 градусов.
2. Постепенно, в печь начинает подаваться газ, насыщенный углеродом.
3. Выдерживается заготовка в течение 12 часов.

На поверхности стали нарастает слой 1,2 мм. Если нужно ускорить обработку, температуру могут поднимать свыше 1000 градусов. Благодаря этому, процесс сокращается на 4 часа.

Цементация в жидкой среде

Под словами «жидкая среда» подразумеваются расплавленные соли.

Этапы обработки:

1. Ванны с расплавленной солью разогревают до 850 градусов.
2. В них опускают заготовки и оставляют на продолжительное время.

Чтобы получить цементируемую сталь в жидкой основе, максимальная толщина слоя должна составлять 0.5 мм. Чтобы получить такой результат, необходимо выждать 3 часа.

Ванны с расплавленной солью

Цементация в вакууме

Чтобы ускорить процесс обработки стали, применяется способ цементации в вакууме. Этапы обработки:

1. Изначально, заготовки раскладываются в печи. Она герметизируется.
2. Внутри создаётся вакуум.
3. Начинается разогрев печи до определённой температуры.
4. Выдержка в среднем занимает 60 минут.
5. Далее, камера заполняется углеводородным газом. Верхние слои обогащаются углеродом.
6. В печи повторно создаётся вакуум.

Науглероженный слой требуемой толщины получается только после трёх стадий создания вакуума и подачи углеводорода под давлением. Охлаждаются заготовки в печи, с помощью инертных газов.

Цементация пастами

Один из популярных способов цементации — обработка с помощью паст. Они состоят из пыли древесного угля. Пасты наносятся на заготовку. Состав накладывается таким слоев, чтобы он был больше в 8 раз, чем требуемая толщина углеродного слоя. Далее, заготовки помещаются в индукционную печь и разогреваются до температуры в 1000–1100 градусов.

Цементация в электролитическом растворе

Процесс обработки подразумевает под собой помещение заготовок в раствор электролита. Изначально, он нагревается до 450–1050 градусов. Далее, в раствор подаётся напряжение в 150–300 вольт. Происходит обогащение металла углеродом.

Обработанные изделия

Помимо явных преимуществ, цементация стали обладает определёнными недостатками:

1. Изменяется структура металла. Требуется финишная обработка.
2. Для проведения работ требуется опыт и дорогостоящее оборудование.

Цементация стали своими руками

Чтобы провести цементацию стали в домашних условиях, нужно выбрать обработку заготовок в твёрдой среде. Он не требует покупки дорогостоящего оборудования и большого практического опыта для проведения работ.

В первую очередь, необходимо сделать карбюризатор. Для этого можно использовать две смеси:

1. Смешивается одинаковое количество соли и древесного угля. Они тщательно перемешиваются между собой. Крупные части измельчаются.
2. Другая смесь изготавливается из древесного угля, который требуется изначально полить солёной водой и просушить.

По технологии обработки в твёрдой среде, требуется запекать заготовки в специальных ящиках. Их нужно изготовить из жаропрочной стали. Щели и места соединений, необходимо герметизировать с помощью глины. Кроме печи, для разогрева не нужно использовать дополнительных приспособлений. Её требуется равномерно разогреть до 700 градусов. Проблемы при домашнем производстве могут возникать только с нагнетанием высокой температуры. При меньшей температуре, значительно увеличивается процесс выдержки металла в печи.

При самостоятельном проведении металлообработки, можно воспользоваться способом обработки в газовой среде. Однако, для этого требуется приобрести дорогостоящее оборудование, которое будет рентабельным только при производстве различных изделий в большом количестве.

Цементация стали позволяет не только насытить её углеродом, но и изменить атомную структуру. Заготовки становятся прочнее и долговечнее. Выполнить обработку можно в домашних условиях, однако, на производстве доступно больше способов обогащения стали углеродом.

( 2 оценки, среднее 3.5 из 5 )

Поделиться

Как залить плитку затиркой за 6 простых шагов своими руками

Хотите знать, как правильно затирать плитку? Это справедливый вопрос, тем более что затирка швов — это работа, которую у вас есть только один шанс сделать правильно. После того, как ваши плитки уложены идеальной сеткой или шевроном, пришло время завершить работу нанесением затирки. Вы также можете заменить старую затирку новой партией, если она стала выглядеть немного грязной. Хотя это, безусловно, не самый роскошный материал, который вы будете использовать при ремонте, затирка играет большую роль в окончательном виде вашего проекта плитки. Имея на выбор множество цветов, затирку можно использовать для добавления контраста или создания гладкого однотонного пространства.

Но перед тем, как выломать мастерок, нужно подготовиться к задаче. В конце концов, плохо залитая швом плитка не только плохо выглядит, но и менее стабильна и с большей вероятностью расколется или потребует ремонта. Итак, чтобы убедиться, что вы правильно выполнили работу своими руками с первого раза, мы поговорили с Дэном Чоллетом, руководителем контракта и установки в Fireclay Tile. Дэн имеет 40-летний опыт работы с плиткой и руководил крупными проектами по установке в Силиконовой долине и Лас-Вегасе, включая кампус Apple II в Купертино, Калифорния. С помощью Дэна мы создали подробное пошаговое руководство по затирке плитки. Читайте дальше, и вы будете готовы к затирке, как профессионал по благоустройству дома.

Существует три основных типа затирок: цементные (с латексом или без него), эпоксидные и уретановые затирки. «Все работает, и у всех есть свои плюсы и минусы», — говорит Дэн. Работаете ли вы над укладкой напольной плитки, кухонного фартука, настенной плитки или выполняете любую другую работу с плиткой, важно знать, какие у вас есть варианты.

Затирка на цементной основе

Наиболее распространенной разновидностью, используемой в проектах, является затирка на основе цемента. Дэн отмечает, что их также проще всего использовать. Если у вас есть небольшие швы между вашей плиткой (восьмая дюйма или меньше), вы будете использовать нешлифованную затирку, в то время как швы больше, чем восьмая часть дюйма, требуют затирки с песком.

Эпоксидная затирка

«Эпоксидные затирки дороги и обычно представляют собой двухкомпонентные смеси с твердыми частицами и красящими добавками, — говорит Дэн. «Они используются в основном для коммерческих проектов, и их гораздо сложнее установить, чем растворы на цементной основе, и поэтому они требуют больше труда». На них также может образовываться трудноудаляемая дымка, и он не рекомендует этот тип для тех, кто занимается затиркой швов впервые. (Он также предупреждает, что у некоторых людей может быть аллергия на эпоксидные смолы.)

Уретановый раствор

«Уретановые цементные растворы также дороги и предварительно смешиваются в ведрах», — говорит он. «Вы открываете ведро, делаете ремикс и используете то, что вам нужно. Закройте ведро обратно, и его можно будет использовать позже. Вы должны использовать очень сухую губку при очистке уретанового раствора от плитки во время затирки». Уретановому раствору также требуется семь дней для отверждения, прежде чем он будет подвергаться воздействию воды, поэтому имейте это в виду, если вы думаете использовать его только в душе.

Кроме того, обратите внимание на свои цвета.

Как затирать плитку

Фото: istockphoto.com

Может быть, я единственный человек (по крайней мере старше трех лет), который получает удовольствие от беспорядка, но я все равно утверждаю, что затирка лучшая часть работы по укладке плитки — и не только потому, что вы можете мазать грязью все подряд.

Затирка плитки – это когда все начинает собираться воедино. Ваш проект перестает выглядеть как набор отдельных плиток и начинает выглядеть как готовый пол (или стена, или прилавок). Беспорядок — это не признак плохо выполненной работы, а, скорее, нормальное явление!

Найдите проверенных местных профессионалов для любого домашнего проекта

Найдите профессионалов сейчас

+

Эту часть проекта по укладке плитки можно легко сделать своими руками, если вы освежили в памяти, как заливать швы, и если вы начинаете с правильных материалов для вашего дома. поверхность плитки. Мы здесь, чтобы помочь вам в обоих случаях.

Традиционно существует два разных типа затирки: «песочная» и «непескоструйная». Первый прочный и часто используется для напольных покрытий, а второй лучше всего подходит для настенной плитки со швами шириной менее ⅛ дюйма. Для целей этого урока по затирке плитки мы говорим о пескоструйной затирке, которую можно приготовить самостоятельно.

Tools & Materials

• Large plastic bucket
• Sanded grout
• Putty knife
• Grout mixer drill attachment
• Grout float
• Grout sponge

Photo: istockphoto. com

Before You Begin

Prep the проект в полном объеме, прежде чем начать. С плиткой вы начнете в одном из двух мест:

• Если у вас есть поверхность плитки, которую необходимо повторно залить,  сначала вам нужно будет удалить старый затирочный состав, прежде чем выполнять эти простые шаги по затирке плитки. Пила для раствора (например, этот ручной инструмент на Amazon) или насадка для удаления раствора для вращающегося инструмента (например, эта насадка с высоким рейтингом, доступная на Amazon) являются хорошими вариантами.
• Если вы облицовываете новую поверхность,  убедитесь, что все плитки полностью уложены и расположены на нужном расстоянии, прежде чем заливать швы.

Затирка плитки

Фото: Kit Stansley

ШАГ 1: Смешайте пакет раствора с водой в ведре.

При приготовлении затирки, конечно же, необходимо следовать инструкциям производителя. Но вот что я делаю, чтобы добиться нужной консистенции: наливаю в ведро только три четверти рекомендуемого количества воды, а затем добавляю раствор. После смешивания , а затем добавьте оставшуюся воду, пока смесь не станет похожа на тесто для вафель — примерно так.

Я считаю, что работать небольшими порциями и смешивать вручную с помощью шпателя или палочки-мешалки лучше всего, но вы также можете использовать насадку для растворосмесителя для дрели, чтобы ускорить процесс.

Фото: Kit Stansley

ШАГ 2: Используйте терку для затирки, чтобы вдавить раствор в пространство между плитками.

Во-первых, переместите терку для раствора — специально разработанный инструмент для сглаживания, который имеет плоскую и в основном прочную резиновую прокладку — по диагонали, чтобы убедиться, что линия раствора заполнена.

Фото: Кит Стэнсли

Затем проведите вторым движением сверху, чтобы убрать комочки.

Реклама

Фото: Кит Стэнсли

ШАГ 3. Удалите губкой излишки затирки, нанесенной на поверхность плитки.

Теперь у вас есть пол, полный грязи, но вы знаете, что веселье не может длиться вечно! Дайте затирке застыть в течение 15–30 минут и сотрите излишки затирки густой губкой, смоченной в воде. (Если вы думаете, что вам потребуется больше 30 минут, чтобы залить все плитки и быть готовым перейти к очистке, вам, возможно, придется работать с меньшими участками.)

Подождите три часа и повторите это снова, это время, чтобы убедиться, что на плитке или за пределами линии затирки нет лишнего раствора. Держите под рукой ведро с водой, чтобы ополоснуть губку, и меняйте ее так часто, как это необходимо.

Фото: Kit Stansley

ШАГ 4: Протрите пол.

Как бы хорошо вы ни обращались с губкой, после того, как все высохнет (обычно за ночь), на полу все равно останется затирка. У вас будет искушение использовать влажную ткань, чтобы вытереть его, но это поставит вас в порочный круг вытирания затирки.