Цементуемые изделия после закалки подвергают

Закалка и цементация металла: в чем разница

В закалке сталь представляет собой особую категорию сталей с низким содержанием углерода, не превышающих 0,20%. Эта термическая обработка имеет цель рассеять атомы углерода на поверхности деталей, придавая им высокую твердость, отличную устойчивость к износу и делая их более прочными. Одной из наиболее сложных и распространенных форм термической обработки является цементация. Это метод, который включает введение стальных элементов в атомы углерода. Ниже можно подробно узнать, что такое закалка и цементация металла.

Что такое цементация стали

Когда речь идет о цементации стали, то подразумевается термохимический процесс, посредством которого поверхностная твердость стали увеличивается за счет ее обработки углеродом. Цель цементации- обеспечить твердую поверхность обрабатываемого металла, стойкую к износу и прочную сердцевину. Наряду с этим процессом, поскольку он основан на использовании углерода, часто проводится термообработка с закалкой в масле для улучшения структурных качеств стали.

Цементация изделий — это процедура, которая может выполняться на всех металлических компонентах, даже если она проводится на тех объектах, которые требуют устойчивости к износу, особенно в долгосрочной перспективе, и значительной устойчивости к ударам. Типичными примерами этой продукции являются детали трансмиссии автомобилей, зубчатые передачи, распределительные валы, пальцы и многие другие. Большинство компаний, занимающихся цементацией сталей, имеют технологичное оборудование, позволяющее работать даже с изделиями больших размеров и весом до 2 тонн.

Выделяют следующие виды цементации: газовую, твердую, цементацию пастами, жидкостную. Также существует струйная цементация.

Технология цементации стали состоит из следующих этапов:

нагрев;
поддержание температуры;
аустенизация поверхностным упрочнением;
науглероживание;
поверхностная диффузия углерода;
охлаждение;
аустенизация;
закалка;
закалка в масле;
отпуск цементации для снятия напряжения.

Существуют различные методы цементации. Одним из наиболее важных элементов считается достижение высокой температуры, температура цементации варьируется между 850 и 950 градусами.

В чем суть закалки стали

Закалка — это термическая обработка металла, проводимая для уменьшения негативного воздействия на материал.

Закалка применяется к стали и другим сплавам для улучшения их механических свойств. Во время закалки металл нагревается до высокой температуры, и эта температура поддерживается до тех пор, пока часть углерода не растворится. Температура закалки стали достигает 750–1150 °C. Затем металл закаливают, что включает его быстрое охлаждение в масле или воде. Закалка и отпуск идут рука об руку: отпуск производится сразу после закалки. Это дополнительный нагрев до более низких температур.

полная;
неполная.

Могут быть разные режимы закалки – они определяются в соответствии с видом изделия.

В чем разница между закалкой и цементацией стали

Если сравнить оба варианты, то первым бросающимся в глаза различием будет обращение с обрабатываемыми изделиями. При закалке детали обрабатываются поочередно, а при цементации можно говорить об одновременной большого количества деталей.

Свойства металла после закалки

Оказывает полноценное влияние закалка на твердость. При закалке образуется сплав, обладающий высокой прочностью и износостойкостью. Однако после закалки увеличивается хрупкость и изделие не подходит для инженерных применений. Когда нужно, чтобы поверхность детали была достаточно твердой, чтобы противостоять износу и эрозии и выдерживать удары и ударные нагрузки, рекомендуется использовать поверхностную закалку. В каждом отдельном случае необходимо думать какая закалка подойдет для изделия.

Свойства металла после цементации

Все просто: метал будет иметь твердый внешний вид, что позволит ему после цементации переносить серьезные механические повреждения без преждевременного износа.

Еще одним важным преимуществом является то, что цементация обладает мягким внутренним слоем. Благодаря этому будет легко придать различные формы. Этот мягкий слой цементации особенно полезен при изготовлении металлических предметов с твердыми поверхностями (например, внутренние компоненты машин).

Некоторые нецементованные стальные сплавы обеспечивают естественную твердость поверхности. Однако они не имеют внутренней мягкости, необходимой для создания сложной формы.

Свойства цементации и закалки немного различаются. Выбор метода должен зависеть от изделия и целей. Наша компания предоставляет широкий спектр услуг по металлообработке, например, таких как объемная закалка.

ЦСР — Металлоконструкции и Металлообработка

Мы надежная компания, в основе деятельности которой – правила честной конкуренции и жесткого контроля качества услуг.

Что такое цементация стали?

Обычно цементацию проводят для получения высокой твёрдости и износоустойчивости поверхностного слоя при достаточной вязкости сердцевины детали, чего достигают последующей термической обработкой после цементации.

зубчатые колёса,
пальцы,
валы,
оси,
рычаги,
червяки,
детали подшипников (крупногабаритные кольца и ролики) и др.

Различают два основных вида цементации: в твёрдой и газовой средах.

Цементация стали в твёрдом карбюризаторе

Карбюризатор — смесь, состоящая из древесного угля (по массе около 70 %), углекислого бария (около 20. 25 %) и углекислого кальция (до 2,5. 3,5 %). Карбюризатором пересыпают обрабатываемые детали, уложенные в металлические ящики.

Ящики закрывают крышкам и обмазывают огнеупорной глиной, она противостоит проникновению пенных газов и воздуха внутрь ящика.

Подготовленные ящики загружают в печь и выдерживают 5. 10 ч при температуре 930. 950°С. Продолжительность выдержки зависит от желаемой глубины слоя. Обычно за 1 ч углерод проникает в поверхность изделия на глубину около 0,2 мм.

Таким образом, действительным цементирующим веществом при цементации твёрдым карбюризатором является окись углерода.

Поверхности, не подлежащие цементации, изолируют от карбюризатора специальными обмазками при омедняют их электролитическим способом.

На поверхности стали образуется заэвтектоидная зона (перлит и сетка цементита), далее располагается эвтектоидная зона (перлит) и затем при переходе к сердцевине — переходная доэвтектоидная зона (феррит и перий).

Цементации подвергают детали из малоуглеродистых и легированных сталей с содержанием углерода (0,1. 0,25 %), обеспечивающим высокую вязкость сердцевины после цементации и, следовательно, хорошее сопротивление динамическим нагрузкам, структура сердцевины состоит из феррита и перлита. Как правило, цементированные детали содержат в поверхностном слое 0,95. .1,1% углерода.

Поиск тендеров в системе tenderoff.ru поможет Вам быстро найти цементированные изделия для Ваших нужд.

Газовая цементация

При газовой цементации в качестве карбюризаторов применяют различные газы и газовые смеси: природные газы, светильный газ и смеси метана, этила, пропана и других газов, получаемых при пиролизе керосина и жидких нефтепродуктов.

Для газовой цементации стали деталями заполняют муфели герметически закрытых печей, через которые пропускают газы в течение нескольких часов. В муфелях поддерживают температуру в пределах 900.. .950°С.

Газовая цементация имеет ряд преимуществ: скорости процесса в 2. 3 раза выше; боле точное регулирование насыщения углеродом; простота механизации и автоматизации; чистота рабочего места. После газовой цементации можно сразу же проводить закалку, используя для цементации нагрев.

Во время скоростной газовой цементации металлические нагреваются электрическим током высокой частоты до температуры 1080. 1100°С. В итоге за 40. 50 мин получается науглероженный поверхностный слой изделия толщиной 0,8. 1 мм. Сразу после охлаждения до 870°С изделия подвергают закалке.

Термическая обработка цементованных деталей

Несмотря на то, что после цементации твёрдость поверхностного слоя изделия несколько повышается, это не обеспечивает получение необходимой износостойкости деталей.

Закалка цементированной стали имеет свои особенности, так как цементация сопровождается ростом зерна, а распределение углерода по сечению деталей неравномерно.

Малоответственные детали закаливают непосредственно в цементационном муфеле. После закалки следует низкий отпуск (150. 170°С).

Более ответственные детали после цементации охлаждают на воздухе и затем закаливают от температуры 850.. 900°С. Затем следует низкий отпуск.

Для особо ответственных деталей производят двойную закалку. Первая закалка от температур выше 850. 900°С, потом охлаждают в масле или на воздухе. Вторая закалка от температур выше 760. 800°С.

Химико-термическая обработка стали

Термическая обработка стали, в результате которой изменяется химический состав поверхностных слоёв, называется химико-термической обработкой. Изделие нагревается в специально выбранной среде и изменение химического состава поверхности происходит благодаря переходу и внедрению атомов этого вещества в кристаллическую решётку стали.

Процесс проникновения одного вещества в другое при их соприкосновении называется диффузией. В зависимости от среды, в которой нагревается изделие, различают несколько видов химико-термической обработки. Наиболее распространёнными из них в промышленности являются: цементация, азотирование и цианирование.

Цементация

Процесс цементации заключается в насыщении поверхностного слоя металла углеродом. Количество углерода на поверхности металла после правильно проведённого режима цементации должно равняться 0,9-1,0%. Цементации подвергают изделия из малоуглеродистой стали. Цементованные изделия после закалки приобретают весьма высокую твёрдость поверхностного слоя, сохраняя мягкую вязкую сердцевину. Это сочетание имеет большое значение для деталей машин, работающих на трение и одновременно на удар или скручивание (шестерни, шпиндели, поршневые пальцы и др.). Твёрдая поверхность цементованных деталей хорошо сопротивляется истиранию, а вязкая сердцевина предохраняет от поломки при ударах.

В инструментальном производстве цементация применяется при изготовлении мерительного инструмента, приспособлений, некоторых видов монтажного инструмента и т. п.

Для цементации применяется углеродистая сталь и легированная конструкционная сталь с содержанием углерода до 0,25 %. Длинные тонкие детали сложной формы, подверженные короблению, следует изготовлять из стали с нижним пределом углерода, а детали массивные несложной формы, в которых требуется более прочная сердцевина — с верхним пределом углерода, доводя, в отдельных случаях, его содержание до 0,3 и даже 0,35%.

Цементуют сталь в твёрдой, газовой и (редко) жидкой средах, способных отдать свой углерод. Эти среды носят название карбюризаторов.

Цементация в твёрдом карбюризаторе. В качестве твёрдого карбюризатора в промышленности широко применяется смесь древесного угля с углекислыми солями (углекислым барием, углекислым натрием, углекислым кальцием).

Для приготовления карбюризатора уголь раздробляют на кусочки размером 3-10 мм и просеивают для удаления пыли. Уголь употребляют дубовый или берёзовый, так как уголь из мягких пород быстро сгорает. Углекислые соли измельчают в порошок и просеивают через мелкое сито.

Первый способ, при котором получается наиболее равномерная смесь, заключается в следующем: соль растворяют в воде, поливают этим раствором уголь, перемешивают и высушивают. Допускаемая влажность 5-7%.

Второй способ заключается в тщательном перемешивании угля и соли в сухом виде. Плохо перемешанный карбюризатор даёт неравномерный слой цементации, пятнистость.

Многие заводы применяют готовый карбюризатор, изготовленный Бондюжским заводом, из угля и нескольких видов углекислых солей. Карбюризаторы, изготовляемые заводами для своих нужд, обычно состоят из 85-90% древесного угля и 10-15% по весу углекислого натрия (кальцинированной соды). Для цементации применяют смесь из 20-30% свежего карбюризатора и 70-80% отработанного. На отдельных заводах применяют вместо угля древесные опилки, добавляют в карбюризатор обугленную кость, кожу и т. п. Однако все эти добавки, а также замена угля опилками, ухудшают качество цементации.

Детали, поступающие для цементации, должны быть сухими и очищены от окалины, ржавчины, грязи, масла, стружки и т. п.

Предохранение поверхностей изделий, не подлежащих цементации. Участки деталей, которые по технологическим условиям не должны цементоваться, предохраняют от науглероживания следующими способами:

1. Оставлением припуска в изделиях, обрабатываемых резанием. В местах, не подлежащих цементации, оставляют припуск больший, чем заданная глубина цементации. Перед закалкой этот припуск удаляется на станке.

2. Накладыванием обмазки. В качестве обмазки, накладываемой на места, не подлежащие цементации, применяются: а) глина, смешанная с жидким стеклом; б) смесь из глины, песка и асбестовой мелочи, замешанная на жидком стекле; в) смесь из термоизоляционного порошка или кварцевого песка (75%) и мелкой окалины (25%), просеянных через сито с ячейками 1 х 1 мм.

3. Омеднением. Участки, не подлежащие цементации, покрывают слоем меди толщиной 0,03-0,04 мм. Этот способ требует специального гальванического оборудования.

4. Фосфатированием. Места, подлежащие цементации, предварительно покрываются цапон-лаком, после чего изделие полностью погружается в ванну с горячим водным раствором фосфатов ортофосфорной кислоты, при этом непокрытые места изделий фосфатируются, что можно наблюдать по выделению пузырьков на поверхности раствора. Прекращение выделения пузырьков указывает на окончание фосфатирования. Процесс прост и надёжен.

Детали, подлежащие цементации, упаковывают в ящики с карбюризатором. Ящики лучше всего изготовлять по форме деталей. Это уменьшает время для прогрева ящиков и улучшает качество цементованного слоя. Однако изготовлять такие ящики рационально только при цементации больших количеств деталей. Во всех прочих случаях ящики изготовляют круглые, квадратные или прямоугольные, размеры их выбираются в зависимости от размера печи и количества загружаемых в них изделий.

Наибольший размер ящиков при цементации в печах средней величины 250 х 500 х X 300 мм при толщине материала от 4 до 8 мм. Материалом для ящиков служит жаростойкая сталь, а при её отсутствии — обычная малоуглеродистая сталь. При упаковке деталей в ящики следует выдерживать расстояние между деталями 10-20 мм, а между деталями и дном 20-30 мм (фиг. 12).

При упаковке деталей карбюризатор плотно трамбуется, а ящик сверху обмазывается смесью из двух частей глины и одной части речного песка, разведённых водой до тестообразного состояния. Свидетели вкладываются в ящик для определения глубины цементации: один внутрь пакета для предъявления контрольному мастеру, а два наружных для контроля ведения процесса самим рабочим. Свидетели изготовляются из стали марки 15 или 20 диаметром 8-12 мм.

Технологический процесс цементации. Перед загрузкой ящиков в печь надо подсушить обмазку, чтобы она не растрескалась. Загрузку производить в печь, нагретую до 900 — 950°. В результате загрузки холодных ящиков в печь температура последней несколько снизится. Сквозной прогрев ящиков производить при температуре 780-800°. Практически окончание прогрева определяют по цвету подовой плиты; при недостаточном прогреве плита под ящиком будет тёмная, а при полном прогреве цвет подовой плиты будет везде одинаков. После прогрева ящиков при температуре 780-800° быстро подымают температуру до 900 — 950° и производят процесс цементации. Быстрый нагрев ящиков до температуры цементации сразу после посадки их в печь не рекомендуется, так как вследствие большой разницы температур между центром и краями ящика глбина цементации будет неодинакова. Продолжительность выдержки в зависимости от глубины цементуемого слоя приведена в табл. 12.

Окончание процесса цементации определяют по излому закалённого свидетеля. Один из свидетелей вынимается из ящика и закаливается примерно за час до предполагаемого окончания цементации, а второй — к моменту выгрузки.

Глубину цементованного слоя лучше всего определять путём травления излома закалённого свидетеля реактивом, состоящим из 100 см 3 денатурированного спирта, 1 см 3 соляной кислоты и 2 г хлористой меди.

Продолжительность травления — одна минута. Места не цементованные покрываются медью.

Охлаждение ящиков после цементации производят на воздухе. Распаковка горячих ящиков не рекомендуется, так как это не безопасно в противопожарном отношении и не экономно расходуется карбюризатор.

Газовая цементация

Процесс газовой цементации, разработанный советскими учёными Н. А. Минкевичем, С. К. Ильинским и В. И. Просвириным, осуществляется путём нагрева деталей в атмосфере газов, содержащих углерод. По сравнению с цементацией в твёрдом карбюризаторе цементация в газовом карбюризаторе имеет следующие преимущества: отпадает необходимость приготовления карбюризатора; сокращается время пребывания ящика с деталями в печи; уменьшается количество требуемой рабочей силы и площадей цеха и значительно улучшаются условия труда. Детали, подлежащие цементации, закладывают в муфель печи, подогретый до 900-950°, герметически закрывают и подают газ.

Для газовой цементации применяются: 1) естественный газ (дашавский, саратовский, приазовский); 2) искусственный газ; 3) генераторный газ и т. п.

Из искусственных газов наибольшее применение получил газ, приготовляемый путём разложения нефтепродуктов. Процесс приготовления газа таков: керосин подаётся каплями в нагретый стальной сосуд и там разлагается на смесь газов (процесс разложения называется пиролизом). Часть пиролизного газа подвергают дополнительной обработке — крекинг-процессу, при котором изменяется состав газа, так как при цементации одним пиролизным газом получаются плотные отложения сажи на деталях, малая глубина цементации и т. д. Для цементации применяют смесь из 40% пиролизного газа и 60% крекированного газа.

Термическая обработка цементированных изделий

Цементованные детали подвергаются закалке и отпуску. Закалку производят двойную или одинарную. При двойной закалке первая производится при температуре 860 -900° для улучшения структуры сердцевины, а вторая при температуре 760 -800° для придания твёрдости наружному слою.

На некоторых заводах считают рациональным производить одинарную закалку при температуре 760-800°. Инструменты, подвергающиеся цементации, должны обладать высокой твёрдостью и поэтому для них можно ограничиться одинарной закалкой, кроме случаев, оговоренных в технологии. После закалки изделия подвергают низкотемпературному отпуску для снятия внутренних напряжений. Инструмент, проходящий газовую цементацию, можно калить непосредственно из муфеля цементационной печи, слегка остудив его на воздухе.

Азотирование и цианирование

Азотирование. Процесс азотирования заключается в насыщении поверхностного слоя стали азотом. В результате азотирования этот слой приобретает весьма высокую твёрдость и сохраняет её при нагреве до 530-550°. Для азотирования применяют главным образом сталь, содержащую алюминий, хром и молибден.

Процесс азотирования заключается в пропускании аммиака через герметически закупоренный муфель, в котором находится деталь. Температура азотирования 500-600°. Газ, состоящий из азота и водорода, при этой температуре разлагается на составные части, из которых азот проникает в сталь, а водород удаляется из печи. Диффузия азота в сталь происходит очень медленно — в течение 40 -90 час. Большая длительность процесса и хрупкость азотированного слоя являются недостатками этого вида обработки.

Цианирование. Процесс насыщения поверхностного слоя стали азотом и углеродом называется цианированием. Различают два вида цианирования: высокотемпературное-при 750 -850° и низкотемпературное -при 530-560°. В инструментальном деле применяют в основном низкотемпературное цианирование инструментов, изготовленных из быстрорежущей стали для повышения их стойкости. Цианирование производится в жидкой, газовой и твёрдой средах.

Жидкое цианирование производится в расплавленных цианистых солях. Глубина цианирования зависит от состава ванны и продолжительности выдержки.

Цианированию подвергается окончательно обработанный и заточенный инструмент, поэтому процесс следует вести тщательно как в части соблюдения температур, так и в части осторожного обращения с инструментом.

Газовое цианирование производится в смеси аммиака с газом, содержащим углерод. Детали загружаются в муфель печи, нагретый до 530-560°, затем в него подаются аммиак и газ, содержащий углерод, после чего печь герметически закрывается. При температуре 530-560° происходит разложение газов с выделением азота и углерода, которыми насыщается поверхность стали. В качестве газа, содержащего углерод, применяют природный, генераторный, пиролизный газы и т. п. Смесь для газового цианирования обычно состоит из 15-40% аммиака и 60-85% газа, содержащего углерод. Продолжительность выдержки в печи колеблется от 45 мин. до 2,5 часа и зависит от размера инструмента.

Твёрдое цианирование производится в смеси сухого древесного угля (60-70%) и жёлтой кровяной соли (30-40%). Приготовление смеси, упаковка в ящики и обмазка производятся так же, как и прп цементации. Продолжительность выдержки от 1 до 3 час. в зависимости от размеров инструмента. По окончании выдержки ящик охлаждается на воздухе до температуры 100-200°, после чего распаковывается.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _