Учебное пособие

Слесарное дело

       

§ 1. Цементация

Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя малоуглеродистой стали при высоких температурах (850—900° С) углеродом в углеродсодержащей среде, способной отдавать свой углерод металлу.

Цель цементации — повышение твердости или прочности поверхности детали после закалки при сохранении вязкой сердцевины.

Насыщенный углеродом поверхностный слой называется цементированным слоем.

Цементируют детали из углеродистой стали (иногда и легированных), содержащих 0,1—0,3% углерода и подвергающихся при работе одновременно износу и динамическим нагрузкам.

В зависимости от условий работы детали глубина цементированного слоя может составлять от 0,5 до 2 мм и более с доведением содержания углерода в поверхностном слое до 0,75-1,2%.

Процесс науглероживания производится в твердой среде, жидкой и газообразной. Среда, в которой осуществляется цементация, называется карбюризатором.

Цементация в твердой среде. Состав карбюризатора может быть самый различный. Наиболее часто применяется карбюризатор, имеющий следующий состав: углекислый барий около 20—25% по весу, углекислый кальций от 3,5 до 5% по весу, остальное—порошкообразный древесный березовый уголь. Добавление к древесному углю углекислых солей ускоряет процесс цементации.

Процесс цементации заключается в следующем: поступившую после механической обработки деталь (с припуском на последующую обработку) перед цементацией тщательно очищают от окалины, грязи, ржавчины, следов масла и просушивают. Поверхности, не подлежащие цементации, покрывают огнеупорной глиной с 5—10% асбестового порошка или же слоем меди в гальванических ваннах.

Если нельзя предохранить поверхность указанными выше способами, цементируют всю деталь, а затем дополнительно закаливают те места, которые должны обладать высокой твердостью или износоустойчивостью.

Обрабатываемые детали укладывают в специальный ящик (рис. 29), изготовленный из жаростойкой стали в следующем порядке: на дно ящика 1 насыпают слой порошкообразного карбюризатора 5 толщиной 25—30 мм и плотно утрамбовывают.

Схема цементации

Рис. 29. Схема цементации

На карбюризатор укладываются детали 4 на расстоянии 15— 30 мм друг от друга, а затем снова насыпают карбюризатор слоем толщиной 15—20 мм и утрамбовывают; после этого укладывают второй ряд деталей и т. д.

Одновременно с укладкой обрабатываемых деталей в ящик помещают контрольные прутки 3 диаметром 6—10 мм из такого же материала, как и материал детали. Эти прутки называются свидетелями. В дальнейшем по излому прутков определяют глубину науглероженного слоя.

Толщина верхнего слоя карбюризатора 30—40 мм. Ящик плотно закрывают металлической крышкой 2, места между крышкой и стенками ящика промазывают огнеупорной глиной 6, ставят в холодную печь и постепенно нагревают до температуры 800—900°С; более высокая температура может вызвать чрезмерное науглероживание поверхности, низкая температура замедляет процесс. Цементация при температуре выше 950° С, но не более 1000° допускается только для легированных сталей.

Длительность выдержки и температура зависят от требуемой глубины науглероживаемого слоя, например цементация стали при температуре 900°С в течение 5 ч дает науглероженный слой глубиной 1 мм, а в течение 10 ч — 1,5 мм.

По окончании цементации ящики выгружают из печей, охлаждение деталей производится медленно, вместе с ящиками. После цементации детали подвергают обязательной термической обработке: закалке в воде при температуре 760—780°С и низкому отпуску при температуре 160—180°С.

Одним из существенных недостатков цементации в твердом карбюризаторе является большая длительность процесса. Для сокращения продолжительности цементации в качестве карбюризатора применяют пасты, имеющие различный состав, например, кокса 50%, углекислого натрия или калия 40%, щавелевокислого натрия или калия 10% и др.

Разведенную пасту наносят на детали и «свидетели» окунанием или кистью до получения слоя покрытия толщиной 2—3 мм, а затем высушивают при температуре 100—120°, после чего детали и «свидетели» укладывают в ящики.

Цементация в жидкой среде осуществляется путем погружения деталей в расплавленные соли, содержащие карбид кремния и поваренную соль. Процесс ведется при температуре 870—900°С в течение 0,5—2 ч. За 40—50 минут глубина цементированного слоя не превышает 0,2 мм.

Жидкой цементации подвергают мелкие детали, глубина цементированного слоя не должна превышать 0,5—0,6 мм.

Преимуществом цементации в соляных ваннах является равномерность нагрева и возможность непосредственной закалки после выемки из цементационной ванны. Процесс проходит быстрее, чем при цементации в твердой среде.

Газовая цементация заключается в насыщении поверхности стальных деталей углеродом в атмосфере углеродсодержащих газов.

Газовую цементацию (в окиси углерода) впервые применил П. П. Аносов в 1837 г.

Газовую цементацию стальных деталей осуществляют в герметически закрытых камерах (муфелях) печей периодического или непрерывного действия путем нагрева при температуре 930—950° в среде углерод со держащих газов, например естественных, состоящих в основном из метана СН4, или искусственных, являющихся продуктом разложения керосина, бензола, масла и т. п.

Продолжительность процесса устанавливается в зависимости от требуемой глубины цементуемого слоя.

Нагрев в газовом карбюризаторе и процесс насыщения поверхностного слоя является более прогрессивным и экономичным по сравнению с твердой цементацией.

 

 

 

Top.Mail.Ru
Top.Mail.Ru