Цементация в твердом карбюризаторе

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 (Fe_γ). 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.