Цементация стали

Цементацией называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных деталей углеродом. Цель цементации – достижение высокой твердости и износостойкости поверхности детали в сочетании с вязкой сердцевиной. На цементацию поступают механически обработанные детали с припуском на шлифование. В тех случаях, когда цементации подвергается только часть детали, остальные участки защищают либо большим припуском, который после цементации снимают, либо специальными огнеупорными обмазками, либо тонким слоем меди, нанесенным электролитическим путем.

Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (0,1-0,2%). После цементации на поверхности концентрация углерода достигает 1,0%. Глубина

цементированного слоя обычно лежит в пределах 0,5-2,5 мм. Для достижения высокой

поверхностной твердости и вязкой сердцевины после цементации всегда проводят закалку с низким отпуском.

Различают два основных вида цементации: в твердой и газовой средах. Твердая цементация проводится в специальных стальных ящиках, в которых детали укладывают попеременно с твердым карбюризатором. В качестве карбюризатора – твердой средой, поставляющей углерод к поверхности детали, используют дубовый и березовый древесный уголь и активизаторы BaCO₃ или Na₂CО₃. Ящики закрывают крышками и замазывают огнеупорной глиной для предотвращения утечки газов..

Процесс цементации проводят выше А_с3 (обычно 910-930 ºC), когда сталь находится в аустенитном состоянии, которое характеризуется высокой растворимостью углерода. При нагреве идут реакции:

2С+О₂ → 2СО; BaCO₃+С→BaO+2CO; 2СО→СО₂+С.

Образующиеся активные атомы углерода диффундируют в решетку γ-железа.

В процессе газовой цементации стальные детали нагревают в газовых смесях, содержащих СО, СH₄ и др. Газовая цементация проходит быстро, так как не требует времени на прогрев ящика и карбюризатора. Слой толщиной 1 мм образуется за 6-7 ч.

Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (0,1-0,2%). Глубина цементированного слоя обычно лежит в пределах 0,5-2,5 мм.

Полученный в результате цементации наружный слой содержит более более 0,8% углерода и имеет структуру заэвтектоидных сталей –перлит и вторичный цементит. Глубже лежит слой эвтектоидного состава с перлитной структурой, а далее –слой с феррито-перлитной структурой. Для достижения высокой поверхностной твердости и вязкой сердцевины после цементации всегда проводят закалку с низким отпуском.

После такой термообработки поверхностный заэвтектоидный слой имеет структуру отпущенного мартенсита, а сердцевина из-за низкой прокаливаемости имеет феррито-перлитную структуру.