Этот вид цементации особо широко применяется в единичном, мелкосерийном и ремонтном производствах. В качестве науглероживающей среды берут древесный (березовый) толченый уголь, смешанный с ускорителями процесса. Эта смесь называется карбюризатором. Ускорителями цементации являются углекислые соли бария или натрия в количестве 20- 25% от веса древесного угля. Размер частичек карбюризатора должен быть в пределах 3,5 - 30 мм. В производстве применяют карбюризатор в виде смеси 20-25% свежего и 75-80% использованного карбюризатора.
Сущность цементации заключается в том, что при химикотермическом процессе в результате взаимодействия кислорода воздуха с углем и химических процессов распада углекислых солей получается диффузионный (атомарный) углерод, который при высоких температурах способен проникать в глубь кристаллических решеток гамма-железа (Feγ). На процесс диффузии существенно влияют легирующие элементы Большинство карбидообразующих элементов (хром, вольфрам, ванадий, молибден, титан и др.) повышают концентрацию углерода в поверхностном слое. Такие легирующие элементы как кремний, никель, медь и другие ускоряют процесс диффузии углерода.
|
|
Технология цементации сталей в твердом карбюризаторе заключается в следующем. На дно металлического сварного ящика насыпается карбюризатор высотой слоя 10-20 мм. Затем укладывают детали на расстоянии 20 мм друг от друга и от стенок ящика. Уложенные детали засыпают карбюризатором так, чтобы его слой над ними был не менее 20 мм. Карбюризатор слегка утрамбовывают, а крышку ящика промазывают огнеупорной глиной. После этого ящик устанавливают в печь, подогретую до 600°С, а затем поднимают температуру до 910-950°С и при этой температуре выдерживают определенное время, зависящее от толщины цементованного слоя и наличия в стали легирующих элементов. Для углеродистых и низколегированных сталей время цементации принимают один час на 0,1 мм глубины цементованного слоя.
Процесс образования диффундирующего углерода следующий. При нагреве углерод (древесный уголь) взаимодействует с кислородом воздуха по реакции: 2С + О2 = 2СО. В дальнейшем при температуре 910-950°С окись углерода разлагается по реакции: 2СО → СО2 + [С]диф.
Диффузионный (атомарный) углерод диффундирует (проникает) в металл. Углекислый газ, выделенный при разложении окиси углерода, взаимодействует с углем по реакции: СО2 + С = 2СО, затем процесс повторяется. Одновременно с разложением окиси углерода идет разложение углекислых солей по реакциям: ВаСО3 → ВаО + СО2; NaCO3 → Na2О + СО2
Углекислый газ взаимодействует с углем, образуя окись углерода СО2 + С = 2СО. Окись углерода разлагается по реакции: 2CO→CО2 + [С]диф. Далее реакция повторяется.
После цементации производят закалку и низкий отпуск.