Цементация стали: назначение и технологии процесса
Цементация стали — это химико-термическая процедура, проводимая в среде с высокой температурой. Данный процесс нужен для насыщения стальной поверхности атомарным углеродом. Атомы вещества проходят во внешний слой посредством диффузии. В конечном счете, повышается твердость и прочность стального сплава, увеличивается его устойчивость к внешним физическим воздействиям.
Для цементации подбирают температуру в диапазоне от +800 до +950°C. Точный показатель зависит от того, какая степень науглероживания нужна. Повышенный температурный режим необходим для активации углерода, которая позволяет веществу легче проникать в межкристаллические промежутки и оставаться там.
Существует множество современных технологий цементации сталей в разных условиях, и все они предназначены для обработки сугубо низкоуглеродистых и легированных марок сплавов.
Взаимодействие с твердыми материалами
При обработке стали таким методом используют так называемые карбютизаторы — соединения, отдающие углерод материалам, находящимся рядом, при действии температуры. В качестве карбютизаторов выступают березовый или дубовый древесный уголь. В процессе его дробят на фракции диаметром не более 1 см и смешивают с солью угольной кислоты любого металла щелочной группы. Металлический объект помещают в герметичную емкость с данной смесью, где и протекает насыщение.
Металлобработка в газовой среде
Эта технология цементации сплавов стали распространена на больших промышленных предприятиях. В качестве источника углерода служат природные и искусственные газы с высоким содержанием вещества, в частности, газы, образующиеся после переработки нефтепродуктов. Реакцию проникновения атомов также проводят в герметичных печах в течение 15 часов, что является главным недостатком способа. Максимальная глубина прохождения в поверхностный слой — не более 2 мм.
Улучшение в жидкой среде
Процесс диффузии проводят в концентрированном растворе карбонатов щелочных элементов-металлов. Для этого раствор заливают в емкость, куда кладут детали, после чего ее нагревают до +850°C. Реакция идет за 3 часа, что является плюсом методики. Недостаток — малая глубина проникновения в 0,5 мм.
Реакция в вакууме
Передовой метод улучшения свойств поверхности деталей, отличается от остальных высокой скоростью и автоматизированностью. Происходит в специализированных камерах с автоматическим управлением, откуда выкачивают воздух и куда идет углеводородный газ под давлением. Вакуумная среда способствует активному вхождению углерода в кристаллическую решетку, отсутствие кислородной среды повышает качество металлообработки.
Модификация с помощью паст
Модифицирование стали посредством паст проводят в индукционных печах. Массу наносят на поверхность толстым слоем для более лучшего проникновения, температура процесса должна составлять не менее тысячи градусов.
Цементация в растворе электролита
Приведенный способ похож на гальванизацию. Деталь кладут в электролитический раствор. В результате действия тока в нем появляются свободные углеродные атомы. Температурные показатели и напряжение задают в зависимости от нужной глубины захода.
|
