Что представляет собой цементация металла
Один из наиболее распространенных видов обработки металла – это цементация. В данной статье мы рассмотрим, в чем заключается данный процесс, его технологические особенности и виды.
Что такое цементация металла
Она представляет собой процесс химической обработки с использованием высоких температур. Результатом является особенно прочный износостойкий материал, меньше подверженный усталости металла.
Процедура цементации состоит во взаимодействии поверхности металлической детали (различной разновидности, от низкоуглеродистой до легированной) с углеродом. В результате происходит обогащение металла углеродистым соединением. Последующая обработка высокой температурой приводит к закалке стали.
Цементация металла способствует появлению твердого слоя на поверхности стали. Толщина слоя зачастую составляет приблизительно от полмиллиметра до двух. Это зависит от толщины самого изделия. У тонких деталей величина слоя уменьшается ниже нижнего значения, а у крупных может превышать два миллиметра.
Следует отметить, что логика любого процесса, заключающегося в химико-термической обработке стали, к коим относится и цементирование металла, состоит в нагревании до сверхвысокой температуры в особенной среде (она может быть газовая, твердая или жидкая). Длительное термическое воздействие на металл приводит к изменению состава стали на химическом уровне. Это, в свою очередь, приводит к повышению твердости и износостойкости металла за счет насыщения углеродом. Примечательно, что сердцевина остается более вязкой в сравнении с новой получаемой оболочкой.
Цементация: способы и технологии
Цементацию стальных деталей осуществляют в твердых и жидких средах, существует и газовая цементация стали, а в последнее время процедура проводится в вакуумных печах при контролируемом остаточном давлении цементационного газа. Сама процедура цементации занимает довольно много времени. Это связано с процессом взаимодействия углерода и поверхности стали, достаточно длительным по своей продолжительности. Обычно этот процесс происходит по 0,1 мм в час.
Если помнить, что средняя по размеру деталь в результате цементации должна получить прочный верхний слой размером от 0,8 мм, можно приблизительно рассчитать время, необходимое для полного завершения процедуры, оно будет составлять не менее восьми часов.
Цементация стали – это процедура, требующая для процесса особые среды, существующие в различных вариантах и типах. Среды, в частности, бывают:
- газообразными;
- пастообразными;
- твердыми;
- в виде электролитических растворов;
- в виде кипящего слоя.
Цементация стали в твердой среде
Разберем особенности проведения цементации металла в твердой среде. Обычно для цементации стали в данном случае применяют особую смесь, включающую древесный уголь и различные химические элементы, в частности, барий, натрий или кальций. Все ингредиенты подвергаются тщательному измельчению, а затем их просеивают для устранения особенно мелких частей.
Цементация металла – это процесс, требующий тщательной подготовки. После приготовления ингредиентов они смешиваются, это позволяет избежать возникновения пятен на изделии после завершения процедуры. Перемешивание производится различными методами. Так, все компоненты могут быть смешаны в сухом виде, это делается очень тщательно. Второй метод предусматривает растворение солей в воде, после чего получившимся раствором поливается уголь. Дальше его высушивают, окончательная влажность не должна превышать семи процентов. Второй метод считается более качественным, поскольку итоговая смесь получается более равномерной.
Цементация стали в домашних условиях, как и в условиях производства, осуществляется в специальных ящиках с уже подготовленной средой. Для повышения качества процесса и уменьшения времени, необходимого для нагревания ящиков, их изготавливают, стараясь по возможности приблизить к конфигурации детали, подвергаемой обработке. Однако подобные технологии обычно применяют на производстве.
В домашних условиях используются стандартные ящики типовых размеров. Материалом ящиков обычно является сталь, устойчивая к воздействию высоких температур, реже – специальные сплавы.
Процедура цементации металла
Рассмотрев, что такое цементация металла, следует рассказать о ее процессе, состоящем из нескольких этапов:
- Детали из стали помещают в ящики, пересыпая подготовленной средой.
- Ящики размещают в нагретую печь, обмазав устойчивой к жару глиной.
- Производят нагрев ящиков особым способом, называемым сквозным, это позволяет добиться температуры в семьсот-восемьсот градусов по Цельсию.
Далее температуру увеличивают до девятисот градусов и выше, что приводит к началу процесса цементации стали.