Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Під час виготовлення металевих конструкцій доводиться вдаватися до різних методів хіміко-термічної обробки. Серед них досить поширеним є цементація стали. Цей спосіб примітний тим, що може застосовуватися в різних середовищах при відносно високих температурах робочого середовища.

Процес цементації металу - загальні відомості

Хіміко-термічна обробка або цементація, це процедура, при якій на вироби впливають високою температурою при приміщенні їх в рідку, газову або тверду середу, що робиться для додання їм зміненого хімічного складу. Причому цей ефект забезпечує насичення вуглецем поверхневого шару оброблюваних об'єктів. Завдяки такій обробці можна забезпечити виробам високі характеристики стійкості до зношування і підвищену твердість. Примітно те, що серцевина цих деталей зберігає свою початкову в'язкість.

Ефективність методу цементації спостерігається за умови, що робота проводиться з низьковуглецевими сталями, в складі яких частка вуглецю не перевищує значення 0, 2%. Термічна обробка забезпечує насичення поверхневого шару деталей, причому для цього їх поміщають в спеціально підібрану середу, яка може легко виділити активний вуглець, де підтримується температура в діапазоні від 850 до 950 градусів Цельсія.

Створення подібних умов обробки дозволяє змінювати крім хімічного складу оброблюваних елементу і мікроструктуру разом з фазовим складом. Позитивний ефект від такої обробки полягає в підвищенні міцності, в результаті за характеристиками така деталь не відрізняється від виробів, які пройшли операцію гарту. Для досягнення найкращих результатів особливу увагу слід приділити грамотному розрахунку часу, протягом якого деталь має бути витримана в створюваної середовищі, а також підбору температури цементації.

Особливістю цементації стали є те, що на цю процедуру йде досить багато часу. Найчастіше процес насичення поверхні і додання їй спеціальних властивостей проходить зі швидкістю близько 0, 1 мм за один повний годину витримки. Багато елементів потребують створення зміцненого шару завтовшки більше 0, 8 мм, що дозволяє говорити про те, що на цю обробку доведеться витратити як мінімум 8 годин. На поточний момент технологія цементації металу передбачає використання декількох середовищ:

  • газові;
  • пастоподібні;
  • тверді;
  • розчини електролітів;
  • киплячий шар.

Зазвичай при виборі середовища для обробки металу використовують газові і тверді карбюрізатори.

Цементація металу в твердому середовищі

Як матеріал для твердого карбюризатора використовується суміш вуглекислого натрію, барію або кальцію з деревним вугіллям, який необхідно застосовувати в подрібненому вигляді, представленому фракціями розміром близько 3-10 мм. Причому обов'язково цю основу необхідно просіяти, щоб прибрати пил. Обов'язковою процедурою, на яку наражаються солі, є подрібнення з метою надання їм порошкоподібного стану, після чого цю масу просіюють через сито.

Для створення суміші можуть застосовуватися два основних способи:

  • В якості основних компонентів використовується суха сіль і вугілля, які необхідно грунтовно перемішати між собою, тим самим вдасться знизити до мінімуму ризик появи плям під час хіміко-термічної обробки сталі;
  • На підготовлений деревне вугілля потрібно лити сіль, попередньо змішану з водою до розчинення. Далі створену на основі цих компонентів масу необхідно помістити для висушування, причому оптимально, коли вологість суміші не перевищує 7%.

З цих методик найбільш кращою є друга з огляду на її більш високої якості. Це проявляється в тому, що з її допомогою можна створити більш рівномірну суміш для насичення поверхні вуглецем. У складі готового карбюризатора на частку деревного вугілля припадає близько 70-90%, а решта займає вуглекислий кальцій і вуглекислий барій.

Для проведення жорсткої цементації застосовують ящики, куди поміщають карбюризатор. Найкраще використовувати ящик, відповідний формі оброблюваних виробів. Справа в тому, що це допоможе поліпшити якість цементованого шару, при цьому вдасться скоротити до мінімуму час, який потрібен для прогріву тари. Важливо подбати про відсутність витоку газів: цю проблему вирішують шляхом замазування ящиків глиною, а потім накривають зверху герметичними кришками.

Важливим моментом є й те, що вдаватися до даного варіанту створення для безпосереднього використання тари спеціальної форми має сенс в тих випадках, коли необхідно обробити за допомогою хіміко-термічного методу велика кількість деталей. Найбільшого поширення набули ящики, які мають стандартну форму, які розрізняються геометричними розмірами. Це дає можливість підбирати з них найбільш оптимальний варіант, який найбільшою мірою враховує кількість оброблюваних виробів і розміри печі.

Зазвичай ящики виготовляють на основі малоуглеродистой або жаростійкої стали. Причому при виконанні обробки деталей за допомогою твердого карбюризатора дотримуються такої схеми:

  • Особи, які потребують насичення вуглецем деталі слід розмістити з чергуванням в ящику, заповненому заздалегідь приготовленою сумішшю;
  • Далі готують до роботи піч, для чого її прогрівають до температури 900-950 градусів, потім туди розміщується робоча тара;
  • Сама операція по прогріванню ящика виконується при температурі від 700 до 800 градусів. Визначити, що ящики прогрілися достатньо, можна по подовой плиті, яка повинна мати однорідний колір;
  • На заключному етапі температуру печі збільшують до позначки 900-950 градусів Цельсія.

Створення зазначеного температурного режиму забезпечує умови для проникнення дифузії в кристалічну структуру металу активного вуглецю. Теоретично цей метод може застосовуватися і для хіміко-термічної обробки будівель, причому окремі майстри здатні впоратися з цим завданням і своїми силами. Однак в плані ефективності подібна обробка, проведена в домашніх умовах, відрізняється досить невисокою ефективністю, причиною чого є довга обробка і необхідність в створенні високого температурного режиму.

газова цементація

Авторами теоретичних матеріалів, в яких розкривається суть подібної цементації, є С. Ільїнський, Н. Минкевич і В. Просвірін. При цьому перший досвід практичного втілення мав місце на Златоустівській комбінаті, де всіма роботами керував П. Аносов.

Особливістю цього методу є використання середовища вуглець газів, в якості основного робочого обладнання виступають герметичні нагрівальні печі. Серед відомих штучних газів найчастіше використовують склад, який є результатом розкладання нафтопродуктів. Технологія його виготовлення передбачає проведення кількох етапів:

Необхідно взяти сталеву ємність, нагріти її і заповнити гасом, далі ж приступають до виконання процесу піролізу, який передбачає розкладання гасу на суміші газів;

Певну частину піролізного газу (приблизно 60%) піддають крекирування, суть якого зводиться до зміни складу.

Суміш крекірованного газу і чисто піролізного виступає основою, за допомогою якої виконується хіміко-термічна обробка, що забезпечує збагачення вуглецем. Займатися виробленням крекірованного газу доводиться з тієї причини, що в разі застосування одного піролізного складу глибина цементування стали виявляється невеликий, при цьому оброблювані деталі покриваються великою кількістю сажі, яку складно прибрати.

Як устаткування для виконання газової цементації використовуються конвеєрні печі безперервної дії або ж стаціонарні агрегати. Деталі, яким необхідно надати більш міцні характеристики, кладуть в муфель печі, а після закриття доводять температуру всередині до позначки 950 градусів. Далі починають подавати туди підготовлений газ. З плюсів цієї процедури, яка відрізняється на тлі обробки виробів за допомогою твердого карбюризатора, необхідно виділити наступні:

  • створення більш комфортних умов для персоналу;
  • скорочення часу, необхідного на виконання обробки, що досягається завдяки зменшенню терміну витримування деталей і відсутності необхідності в тривалому приготуванні карбюризатора на основі вугілля.

Цементація в менш популярних карбюризаторів

У ситуації, коли доводиться піддавати хіміко-термічній обробці стали 20, 15, а також леговані сталі з низьким вмістом вуглецю, допускається використовувати наступні карбюрізатори.

розчин електроліту

Суть подібного методу зводиться до використання анодного ефекту, за рахунок якого можна збагатити за допомогою багатокомпонентних електролітів вуглецю вироби, які характеризуються невеликими розмірами. Обробка цих деталей вимагає створення температурного режиму в діапазоні 450-1050 градусів і напруги 150-300 В. Обов'язковою операцією є введення в електроліт сахарози, ацетону, гліцерину, а також окремих речовин, що мають в своєму складі вуглець.

киплячий шар

За своєю структурою він має вигляд висхідного потоку метану і ендогаз, який «пронизує» дрібні частинки корунду, що розподіляються на пічної газорозподільної решітці.

пасти

Застосування подібного карбюризатора для обробки виробів на увазі створення на поверхні сталевої деталі, яка потребує збагачення вуглецем, шару пасти, її подальше просушування і нагрів струмом високої або промислової частоти. Варто зауважити, що однією цементацией обробку деталі не слід закінчувати. Рекомендованої тут операцією є термообробка стали в вигляді відпустки. Також позитивний ефект досягається і за допомогою шліфування металу.

висновок

Досить часто певним конструкціям потрібно надати підвищені характеристики міцності, щоб вони змогли успішно виконувати завдання, яке перед ними ставиться. Вирішується ж це шляхом використання різних методів обробки, серед яких досить ефективним є цементація металу. При цьому для отримання необхідного результату потрібно враховувати важливі особливості цього процесу.

Крім грамотного підбору робочого середовища, для цементації металу важливо в точності слідувати технології проведення подібної обробки. Адже найменша помилка здатна негативно вплинути на хімічний склад виробу, що в подальшому може зменшити термін служби конструкції, в складі якої воно буде застосовуватися. З цієї причини важливо приділяти увагу кожному моменту, не допускаючи відхилень від діючих норм і правил щодо проведення хіміко-термічної обробки металевих деталей.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Металообробка