Цементация стали виды, износостойкость, пошаговая инструкция

Цементация стали

Цементацией называют процесс поверхностного насыщения стали углеродом. Цементации подвергают изделия из углеродистой и легированной стали с содержанием углерода до 0,20%.

По способу производства различают цементацию в твердом карбюризаторе и газовую цементацию.

Цементация в твердом карбюризаторе

Цементация по этому способу осуществляется путем длительного нагрева при температуре выше АСa деталей, упакованных в ящиках (рис. 75) вместе с карбюризатором.

В качестве карбюризатора чаще всего применяют смесь древесного угля с углекислыми солями (Na2C03, ВаС03 и др.).

Для нагрева цементационных ящиков можно использовать камерную печь или печь с выдвижным подом.

При нагреве происходит химическое взаимодействие между кислородом воздуха, находящимся в ящике, древесным углем и углекислыми солями. В результате этого взаимодействия образуется активный (атомарный) углерод, который проникает в поверхностный слой изделия.

Для углеродистых и легированных сталей цементацию проводят при температуре 900—930°. Выдержка при этой температуре в течение 7—9 час. позволяет получить цементованный слой глубиной в 1,5 мм.

Длительная выдержка при высокой температуре способствует получению крупнозернистой структуры и снижению твердости поверхностного слоя.

После цементации с целью исправления структуры и повышения твердости поверхностного слоя детали подвергают термической обработке: нормализации или закалке при температуре 900—920° для размельчения зерна сердцевины, повторной закалке при температуре 770—790° для повышения твердости поверхностного слоя и низкому отпуску при 150—170°.

Зачем и как делать цементацию стали

Во время обработки стали на производстве, используются различные виды оборудования и химические вещества. Одним из процессов обработки является цементация стали. Это химико-термическое воздействие, во время которого материал разогревается, и его атомная решётка перестраивается. Дополнительно к этому, в состав металла попадают необходимые вещества для изменения его свойств.

Цементация стали

Общие сведения о процессе цементации стали

Цементация стали — особый термический процесс, обладающий множеством особенностей:

  1. При равномерном разогревании, металл обрабатывается в жидкой, твёрдой или газовой среде. Одновременно с этим, свойства стали изменяются.
  2. Качество цементированного слоя улучшается благодаря тому, что во время плавного разогревания в металл проникает углерод. Повышается его прочность и износоустойчивость.
  3. Цементация может проводится при различных температурах. При проведении манипуляций на производстве, температура нагрева достигает 1200 градусов. При обработке в домашних условиях, оптимальной температурой считается показатель в 500 градусов.
  4. Поверхность металла получает идентичные характеристики, что и при повторной закалке. Это объясняется тем, что процесс равномерного разогревания изменяет атомную решётку материала.

Подведя итоги, можно сказать о том, что цементация стали похожа на процесс закалки, однако, при такой обработке металл получает более высокие эксплуатационные характеристики.

При самостоятельной обработке, не нужно надеяться на быстрый эффект. Максимальная скорость цементации, проводимой самостоятельно, может достигать 0.1 в час. Оптимальный размер упрочнения ножа для бытового использования должен составлять 0.8 мм. Следовательно, процесс займёт не менее 8 часов.

Свойства металла после обработки

После цементации увеличивается прочность используемых заготовок. На поверхности металла образуется науглероженный слой. Его твердость легированной стали не превышает 58–61 HRC, а в металлах с малым содержанием углерода — 60–64 HRC. Чтобы убрать крупные зёрна, образующиеся после термической обработки, заготовку нагревают повторно, а после этого проводят отпуск.

Дополнительная закалка для исправления недочетов должна проводиться при температуре в 900 градусов. Крупные зерна измельчаются благодаря образованию перлита и феррита. Если речь идет о легированной стали, в качестве дополнительной обработки проводится нормализация. На заключительном этапе обработки, заготовка подвергается низкотемпературному отпуску.

Отпуск стали (Фото: Instagram / rosneftegazinstrument)

Классификация среды в которой проходит цементация стали

Обогащение стали углеродом и изменение атомной решетки металла может проводиться в разной среде:

  • твердой;
  • газообразной;
  • жидкой;
  • электролитическом растворе.

Также возможно проведение цементирования с помощью паст.

Каждый из способов обработки требует отдельного рассмотрения, так как обладает своими особенностями.

Цементация с использованием твердой среды

Чтобы обработка прошла успешно, необходимо использовать твёрдый карбюризатор. На производстве для этого используют смесь древесного угля, полученную из дуба и берёзы. Дополнительно, к углю добавляется соль угольной кислоты, которая насыщена кальцием или другими щелочными металлами. Чтобы углерод выходил быстрее и насыщал сталь, заранее подготовленную смесь дробят до мелкой фракции. Она просеивается сквозь несколько сит, чтобы на выходе получились одинаковые крупицы размером в 10 мм.

  1. Когда смесь подготовлена, её помещают в ящики.
  2. Позже в них закладываются заготовки. Ящики герметизируются со всех сторон и разогреваются до 800 градусов.
  3. Температура медленно повышается до 950 градусов.
Читайте также:  Ремонт задней балки на Пежо 206 и определение неисправностей

Длительность обработки будет зависеть от того, какую толщину углеродного слоя необходимо получить на выходе.

Древесный уголь (Фото: Instagram / coalbaltic)

Цементация в газовой среде

Обработка в газовой среде применяется при изготовлении двигателей. Сталь обогащается углеродом только на 2 мм вглубь. В качестве газов используются любые смеси, обогащенные углеродом.

  1. Заготовки помещаются в герметичную печь. Она разогревается до 950 градусов.
  2. Постепенно, в печь начинает подаваться газ, насыщенный углеродом.
  3. Выдерживается заготовка в течение 12 часов.

На поверхности стали нарастает слой 1,2 мм. Если нужно ускорить обработку, температуру могут поднимать свыше 1000 градусов. Благодаря этому, процесс сокращается на 4 часа.

Цементация в жидкой среде

Под словами «жидкая среда» подразумеваются расплавленные соли.

  1. Ванны с расплавленной солью разогревают до 850 градусов.
  2. В них опускают заготовки и оставляют на продолжительное время.

Чтобы получить цементируемую сталь в жидкой основе, максимальная толщина слоя должна составлять 0.5 мм. Чтобы получить такой результат, необходимо выждать 3 часа.

Ванны с расплавленной солью

Цементация в вакууме

Чтобы ускорить процесс обработки стали, применяется способ цементации в вакууме. Этапы обработки:

  1. Изначально, заготовки раскладываются в печи. Она герметизируется.
  2. Внутри создаётся вакуум.
  3. Начинается разогрев печи до определённой температуры.
  4. Выдержка в среднем занимает 60 минут.
  5. Далее, камера заполняется углеводородным газом. Верхние слои обогащаются углеродом.
  6. В печи повторно создаётся вакуум.

Науглероженный слой требуемой толщины получается только после трёх стадий создания вакуума и подачи углеводорода под давлением. Охлаждаются заготовки в печи, с помощью инертных газов.

Цементация пастами

Один из популярных способов цементации — обработка с помощью паст. Они состоят из пыли древесного угля. Пасты наносятся на заготовку. Состав накладывается таким слоев, чтобы он был больше в 8 раз, чем требуемая толщина углеродного слоя. Далее, заготовки помещаются в индукционную печь и разогреваются до температуры в 1000–1100 градусов.

Цементация в электролитическом растворе

Процесс обработки подразумевает под собой помещение заготовок в раствор электролита. Изначально, он нагревается до 450–1050 градусов. Далее, в раствор подаётся напряжение в 150–300 вольт. Происходит обогащение металла углеродом.

Обработанные изделия (Фото: Instagram / zubixdetal)

Недостатки цементации

Помимо явных преимуществ, цементация стали обладает определёнными недостатками:

  1. Изменяется структура металла. Требуется финишная обработка.
  2. Для проведения работ требуется опыт и дорогостоящее оборудование.

Цементация стали своими руками

Чтобы провести цементацию стали в домашних условиях, нужно выбрать обработку заготовок в твёрдой среде. Он не требует покупки дорогостоящего оборудования и большого практического опыта для проведения работ.

В первую очередь, необходимо сделать карбюризатор. Для этого можно использовать две смеси:

  1. Смешивается одинаковое количество соли и древесного угля. Они тщательно перемешиваются между собой. Крупные части измельчаются.
  2. Другая смесь изготавливается из древесного угля, который требуется изначально полить солёной водой и просушить.

По технологии обработки в твёрдой среде, требуется запекать заготовки в специальных ящиках. Их нужно изготовить из жаропрочной стали. Щели и места соединений, необходимо герметизировать с помощью глины. Кроме печи, для разогрева не нужно использовать дополнительных приспособлений. Её требуется равномерно разогреть до 700 градусов. Проблемы при домашнем производстве могут возникать только с нагнетанием высокой температуры. При меньшей температуре, значительно увеличивается процесс выдержки металла в печи.

При самостоятельном проведении металлообработки, можно воспользоваться способом обработки в газовой среде. Однако, для этого требуется приобрести дорогостоящее оборудование, которое будет рентабельным только при производстве различных изделий в большом количестве.

Цементация стали позволяет не только насытить её углеродом, но и изменить атомную структуру. Заготовки становятся прочнее и долговечнее. Выполнить обработку можно в домашних условиях, однако, на производстве доступно больше способов обогащения стали углеродом.

Читайте также:  Топливный фильтр на Jetta 6; какой купить; Про авто и мото

КАРБЮРИЗАТОР

Карбюризатором называется углеродсодержащая смесь, при­меняемая для цементации стальных деталей; она состоит в основ­ном из угля с добавками карбонатов пли цианосодержаши’х соеди­нений.

Карбюризаторы могут быть: жидкие, твердые п газообразные. Наибольшее применение в практике получили следующие твердые карбюризаторы: животный уголь, получаемый в результате об г — дивапнл бе; доступа воздуха кожи, рогов, копыт, костей; тащен­ный Yi оль и кскс; древесный уголь березовый или дубовый: смо­ляной кокс.

Вследствие минимального содержания вредных примесей, дре­весный уголь и смоляной кокс предпочитаются углям другого Происхождения.

Цементация, т. е. насыщение поверхностного слоя стали угле­родом, в среде древесного угля присходит медленно; при темпера­туре ниже 850° цементация практически не происходит и науглеро­живание с поверхности получается слабое.

Для ускорения процесса науглероживания в древесный карбю­ризатор добавляют ускорители1, главным образом карбонаты ВаС03, к2со3 и Na2C03.

Карбюризатор с карбонатом ВаС03 представляет собой зерна светлосерого цвета, состоящие из древесного угля с нанесенной на их поверхность смеси углекислого бария с крахмалом или па­токой.

Состав карбюризатора нз древесного угля с ВаСОз в % по

TOC o «1-3» h z древесный уголь , . . . 60—75

ВаС03 ■ . . 20-25

Серч и другие вещества. 5

Цементации подвергают те изделия из стали, от которых тре­буется высокая поверхностная твердость при сохранении вязкости в сердцевине. Изделие в целом должно быть прочным при дина­мических нагрузках.

При цементации в карбюризаторе, состоящем из смеси дре­весного угля с ВаСОз, имеют место следующие реакции (упро­щенно) :

ВпС03+С^Ва0-г2С0. (208)

В присутствии железа СО разлагается по уравнению:

2C0^C-rC02. (209i

Получающийся в результате этой реакции атомарный углерод момент его образования либо реагирует с железом с образова­нием карбида железа, либо растворяется в железе, образуя твер­дый раствор:

C+3Fe^Fe3C (210.

СОо-Сугля^2СО (211)

COo-fBaO-^BaCO,. f212i

При высокой температуре происходит разложение ВаС03:

ВаС03->Ва0-^С0,„ (213)

Влияние углекислых солей обусловлено каталитическим дей­ствием металлов, входящих в их состав, при котором

BaO + C-fBa+CO. (214)

При хранении использованного карбюризатора, ВаО за счет С02 воздуха легко регенерируется в ВАС03, т. е. ВаО + С02 = = ВаС03; следовательно, карбюризатор может быть использован значительное число раз.

Технологический процесс производства карбюризатора состоит из следующих стадий: транспортировки угля-сырца, дробления его, обмазки угля пастой с углекислым барием, сушки сырого кар­бюризатора и укупорки в тару.

Древесный уголь на вагонетках по железной дороге подвозят от ретортного цеха к зданию карбюризаторного цеха (рис. 132) и выгружают вручную на горизонтальный транспортер 1, кото­рый подает уголь на колосниковую решетку бункера 2 наклонного ленточного транспортера 3. Барабан горизонтального транспор­тера, расположенный над колосниковой решеткой, снабжен маг­нитным сепаратором для улавливания металлических предметов, попавших в уголь. Головни отбирают при загрузке угля на гори­зонтальный транспортер и с колосников решетки бункера.

Из бункера уголь поступает на наклонный ленточный транс­портер 3, подающий уголь в загрузочную воронку дробилки 4 Первой ступени дробления. Дробилка состоит из чугунного кор­пуса и двух валков с насаженными на них зубчатыми дисками. Расстояние между валками регулируется вручную натяжными болтами.

Уголь, измельченный до размера кусков 35—50 мм по трубе 5 Поступает в ковшевый элеватор 6, который подает его в воронку 7; сюда он по трубе 8 падает в загрузочный бункер 9 грохота Армса 10.

Грохот Армса имеет железный корпус, в котором установлены два сита: первое — с диаметром отверстий в 10 мм, а второе — с диаметром отверстий в 2,7 мм.

Крупные куски с диаметром больше 10 мм с грохота по трубе 11 поступают в дробилку 12 второй ступени дробления, пройдя кото­рую, поступают в ковшевый элеватор 13. Полезная фракция, с раз­мерами кусков от 2,7 до 10 мм, по трубе 14 поступает в ковшевой элеватор 13, а мелкая фракция — в шнек 15, который подает ее на ковшевый элеватор 31 для мелкой фракции и затем — на вы­брос. Ковшевый элеватор 13 подает уголь через воронку 16 и трубу 17 в первую полозину россива Амме.

Рос. с и в Амме состоит из двух прямоугольных железных корпу­сов 18а и 186, подвешенных к перекрытию здания. При помощи двигателя через трансмиссию он приводится в колебательное дви­жение. В каждом корпусе установлено по 8 горизонтально распо­ложенных сит. Номера сит, т. е. размер ячеек, подобраны в со­ответствии с требуемым размером зерен угля.

Читайте также:  Транспондер ЗСД – где купить, как проверить и пополнить баланс

Крупный уголь из россива 18а по трубе 19 падает в дробил­ку 20 третьей ступени дробления, а мелкая фракция по трубе 21 —

/_ I оризонтальный транспортер; .2—бункер; Л—наклонный ленточный транспорте]); -/—дробилка первой Riупеки дроблении;

5—спускная труба; б—ковшсвый элеватор; 7— воронка; 8—спускная труба; У—за! рузочный бункер, 10 грохот Армса; //— спускная труба; 12— дробилка второй ступени дробления; 13— кошмовый элеватор; 14— спускная труба; 15- шнек; Lb норочка; /7—спускная труба; 18л — первая половина россива Аммс; 786—вторая половина росеива Амме; W-епускпая труба; 20 — дро­билка «третьей ступени дробления; 2/и 22—спускные трубы; 23-Ковшовый элеватор; спускная труба; 25—Ковшовый элева — тор; 26— воронка; 27, 28, 29 и 30—Спускные трубы; 31— ковшсвый элеватор; 32—Питательный бункер; 33—Дозировочное устрой­ство; 34— бетономешалка; 35— стационарный шахтный подъемник для углекислого бария; 36 — дозатор; 37— бак для приготов­ления крахмального клейстера; 38— смесите ль; 39—Дозировочное устройство; 40—Промежуточный бункер; 41—Дозировочное устройство; 42— загрузочная воронка; ирокалочная печь; 44—циклон; 45—дымовая труба; 46—Разгрузочный бункер д.)Я

Сухого карбюризатора

В ковшевый элеватор 31, на выброс. Полезная фракция по трубе 22 Поступает в ковшевый элеватор 23.

Из дробилки 20 дробленый уголь по трубе 24 падает в ковше­вой элеватор 25, который подает его через воронку 26 и трубу 27 Во вторую половину 186 россива. Отсюда крупный уголь по тру­бе 28 поступает в ту же дробилку 20 и далее идет обычным путем. Мелкая фракция по трубе 29 попадает в ковшевый элеватор 31 На выброс, а полезная фракция, по трубе 30, поступает в ковше­вый элеватор 23, который подает ее в питательный бункер 32. Отсюда она поступает в дозировочное устройство 33, а ив него по монорельсу — к бетономешалке 34.

В бетономешалке происходит обмазка угля пастой, которая представляет собой суспензию углекислого бария.

Для приготовления суспензии крахмал и углекислый барий стационарным шахтным подъемником 35 доставляют в растворное отделение (в верхнем этаже). В дозатор 36 с ручной мешалкой заливают 15 л холодной воды и при перемешивании добавляют 9 кг крахмала. «В бак 37 заливают 600 л холодной воды, дают острый пар для подогрева воды до кипения и затем из дозатора 36 Добавляют крахмал. Приготовленный раствор крахмального клей­стера по сливной трубке спускается самотеком в смеситель 38, Снабженный пропеллерной мешалкой; сюда на 200 л крахмаль­ного клейстера дается 97,9 кг углекислого бария (в переводе на 100%-ный).

В бетономешалку через дозировочное устройство 33 подают 72 кг полезной фракции древесного угля и сюда же при помощи дозировочного устройства 39 по монорельсу подают суспензию углекислого бария и в количестве 31,5 кг заливают в бетоно­мешалку.

После обмазки сырой карбюризатор при помощи лотка через люк смесительного барабана бетономешалки переводят в проме­жуточный бункер 40, откуда спускают в дозировочное устрой­ство 41, передвигающееся по монорельсу. Это устройство достав­ляет сырой карбюризатор в загрузочную воронку 42 прока — лочной печи 43, используемой в данном случае как сушильная камера.

Прокалочная печь представляет собой вращающийся барабан длиной 14 м, цилиндрической формы, с наклоном в 3° в сторону выгрузки. Внутри барабана имеются лопасти, которыми переме­шивается сырой карбюризатор.

Барабан Еращается со скоростью 5 об/мин. Производитель­ность барабана при сушке 7—8 т/час. Сушка производится топоч­ными газами при температуре 350—400°, получаемыми в шахтной топке, топливом для которой служат дрова. Топочные газы под действием всасываюшего вентилятора двигаются параллельно по­току карбюризатора. При выходе из барабана топочные газы по­ступают в циклон 44, который служит для задержания мелких кусочков угля и углекислого бария. Периодически их из циклона удаляют в отброс. Газы уходят в дымовую трубу 45.

Высушенный карбюризатор непрерывно поступает в разгрузоч­ный бункер 46, из которого его периодически спускают на носилки и относят в отделение охлаждения, где рассыпают тонким слоем. На охлаждение требуется 10—15 мин.

Охлажденный карбюризатор загружают в мешки из крафт — бумаги по 25—30 кг.

Ссылка на основную публикацию
Холостой ход трансформатора что это за режим, схема замещения, меры снижения тока
Холостой ход трансформатора опыты и методы снижения тока ХХ Одно из наиболее используемых электротехнических устройств – трансформатор. Данное оборудование используется...
Характеристики автобусов ПАЗ
ПАЗ-3205 (32053 и 32054…) цена и характеристики, фотографии и обзор ПАЗ 3205: технические характеристики и цены. Обзор «32053», «32054» и...
Характеристики автомобиля габаритные размеры, масса автомобиля, колесная база
Бибипедия технические характеристики автомобиля Справочник по всем маркам и моделям автомобилей. Технические характеристики авто. Подробное описание каждой модели по годам...
Хонда CBR 1100 XX Backbird технические характеристики байка, отзывы владельцев
Honda Blackbird CBR1100XX технические характеристики, отзывы Одной из предпосылок выхода в свет Honda CBR 1100 XX Blackbird стало появление модели...
Adblock detector