Кілька років тому цю процедуру в домашніх умовах було практично неможливо реалізувати. Сьогодні це можливо з використанням середовища графіту або їх аналогів. Головне - це бажання і деякі знання.
Загальна інформація про процес
В першу чергу необхідно розуміти основи термічної обробки сталі.
До особливостей цементації металу відносять такі фактори:
- Завдяки процедурі Цементовані стали стають міцнішими, що підвищує зносостійкість і міцність матеріалу;
- Властивості експлуатації металу змінюються за рахунок нагріву виробів в рідини, газової або твердому середовищі, що покращує її характеристики;
- Нагрівання деталей можна до різних температур, немає обмеженою константи і точних рекомендацій. У домашніх умовах процес цементації проходить при температурі 500 градусів за Цельсієм. У промислових умовах з використанням професійного устаткування температура нагріву в печі досягає понад 1300 градусів за Цельсієм. Слід знати, що температуру вибирають, враховуючи концентрацію домішок і вуглецю.
- Професіонали рекомендують в домашніх умовах цементувати низьковуглецеві види сталі (приблизно 0, 2%). Наприклад, лезо від недорогого кухонного ножа, виготовленого зі сталі або невеликі деталі.
- У структуру стали вуглець проникає досить повільно. Тому цементація леза ножа в умовах домашньої процедури відбувається зі швидкістю не більше 0, 1 мл на годину. Щоб це ж лезо витримувало більш сильні навантаження, потрібно посилювати шар товщиною до 0, 8 мл на годину. Ще важливо розуміти, що цементація ножа або невеликого валу в умовах домашнього цеху займе мінімум вісім годин. При цьому слід утримувати певну температуру в печі, щоб не порушити температурний режим.
- У процесі цементації змінюється не тільки властивість металу, але і його фазовий склад і атомна решітка. В цілому поверхня отримує такі ж характеристики, як і при загартуванню, але при цьому існує можливість контролю у вузькому діапазоні температур, щоб уникнути різних дефектів матеріалу.
Здійснити цементацию нержавіючої сталі трохи складніше, але в той же час це якісно покращить характеристики цього виду металу.
В якому середовищі можлива цементація стали
Процес загартування проходить в різних умовах середовища:
- у твердій;
- в газоподібному;
- в розчині електроліту;
- у вигляді спеціальної пасти;
- в киплячому шарі.
Найчастіше в умовах домашнього цеху проводиться цементація стали графітом. Це сильно спрощує процес, так як не потрібно додатково ще піклуватися про сильну герметичності печі.
У промисловому виробництві найчастіше використовують газ, так як цей спосіб скорочує час, витрачений на загартування.
Різновиди металу, який можна обробляти
Виділяють три основні групи металу, який використовується для загартування:
- Сталь з незміцнюючих серцевиною. У цю групу входять такі марки стали, придатної для цементування - 20, 15 і 10. Ці деталі мають невеликий розмір, використовуються для експлуатації в побутових умовах. Під час загартування відбувається трансформація аустеніту в ферито-перлітною суміш.
- Сталь зі слабко зміцнюючих серцевиною. У цю групу увійшли метали таких марок, як 20Х, 15Х (хромисті низьколегованісталі). У цьому випадку проводять додаткову процедуру лигирования за допомогою невеликих доз ванадію. Це забезпечує отримання дрібного зерна, що призводить до отримання більш вузького і пластичного металу.
- Сталь з сильно зміцнюючих серцевиною. Цей вид металу використовують для виготовлення деталей зі складною конфігурацією або великим перетином, які витримують різні ударні навантаження, піддаються впливу змінного струму. У процесі загартування вводиться нікель або при його дефіциті використовують марганець, при цьому для дроблення зерна додають малі дози титану або ванадію.
В цілому процес цементації стали необхідний для поліпшення зносостійкості і міцності деталей.
Найчастіше цементації піддаються вали, осі, леза ножів, деталі підшипників і зубчасті колеса.
Як відбувається цементація стали в твердому середовищі на підприємстві і в умовах домашнього цеху?
Суміш для твердої цементації готується з барію, кальцію з деревним вугіллям і вуглекислого натрію. Вугілля краще брати з дуба або берези і розділити його невеликі фракції, не більше десяти міліметрів. Щоб видалити зайву пил, вугілля рекомендують просіяти. Солі теж подрібнюють до стану порошку і пропускають через сито.
Існує дві методики для приготування суміші:
- Деревне вугілля поливають сіллю, яку попередньо розчиняють у воді. Отриману суміш висушують, її вологість повинна бути не більше 7%.
- Сухий вугілля і сіль ретельно перемішують, щоб виключити можливість появи плям вже в процесі хімічної і термічної обробки.
При цьому, перша методика вважається більш якісною. Так як вона гарантує, що суміш вийде рівномірною, а результат без плям і розлучень. Готову суміш ще називають карбюризатором.
Сам процес твердої цементації проходить в спеціальних ящиках, де насипана суміш в потрібній кількості. Ідеально, якщо ящики відповідають розміру і формі виробу, що обробляють. Так як в цьому випадку знижуються витрати часу на прогрів тари, а якість шару цементації поліпшується. Для уникнення витоку газу щілини замазують спеціальної вогнетривкої глиною і накривають все щільно прилягає кришкою.
Слід звернути увагу, що виготовляти тару, що ідеально підходить, економічно вигідно, якщо мова йде про конвеєрної процедурі. Якщо ж потрібно одну або дві деталі загартувати, то краще вибрати тару універсальної форми - квадратну, круглу або прямокутну.
Ящики вибирають з маловуглецевої або жаростійкої стали.
Сам процес цементації в твердій суміші проходить наступним чином:
- деталі, які необхідно загартувати, рівномірно укладаються в ящики, наповнені твердим карбюризатором;
- піч розігрівають до 900-1000 градусів і подають в неї тару з виробами;
- прогрів ящиків проходить при температурі від 500 до 700 градусів. Цей прогрів називають наскрізним. Сигналом, що піч загострилася до потрібної температури служить однорідний колір подовой плити, на ній більше немає темних ділянок під ящиками;
- температуру піднімають до 900 або 1000 градусів за Цельсієм.
Саме при такому температурному режимі відбуваються дифузні зміни в структурі деталей на рівні атомів.
У домашніх умовах досить складно нагріти піч до потрібної температури і витримати весь температурний режим від початку і до кінця. При цьому все можливо. Слід пам'ятати, що ефективність домашньої цементації набагато нижче, ніж промислової.
Цементуемие стали за допомогою газу
Вперше цементацию стали газом здійснили на Златоусівська комбінаті під пильним керівництвом П. Аносова. Цей ефективний спосіб розробили В. Просвірін, С. Ільїнський і Н. Минкевич.
Суть процесу досить проста - метал цементується під впливом вуглець газу (природного, штучного або генераторного) в герметично закритій печі.
Найдоступніший і часто використовуваний газ - це склад, який отримують при розкладанні нафтопродуктів.
Його виготовляють наступним способом:
- в спеціальну ємність зі сталі наливають гас, нагрівають до процесу піролізу - розкладання гасу на суміш з декількох газів;
- приблизно 60% цього газу модифікують і роблять придатним для цементації.
Суміш з модифікованого газу і чистого піролізного газу використовують для цементації. Необхідність модифікації частини газу викликана тим, що від використання чистого піролізного газу на стали виходить недостатня цементація, а на деяких деталях може осідати трохи сажі, яку складно видаляти.
Сам процес цементації стали за допомогою газу проводять на спеціальних печах-конвеєрах безперервної дії. Або використовують унікальні стаціонарні агрегати.
Спочатку в піч, її муфель, поміщають деталь. Установку закривають і розпалюють піч до 950 градусів. Потім подають заздалегідь підготовлений газ.
Провести цю процедуру в домашніх умовах практично неможливо.
У той же час вона має кілька переваг перед твердим способом обробки:
- менше часу витрачається на підготовку сировини для цементації;
- більш сприятливі та безпечні умови для праці робітників;
- прискорення процесу загартування за рахунок скорочення часу на витримку виробів.
Найважливіше при цементації стали - це грамотно організований процес і якісне обладнання та сировину. Твердий спосіб цілком можна реалізувати в домашніх умовах за наявності печі, карбюризатора і металевих форм. А також певних умінь і навичок, пов'язаних з цим процесом загартування стали.