Цементация — это поверхностное насыщение мало углеродистой стали (0,1 … 0,25%) или легированных сталей (типа 18ХГТ, 15ХФ, 20ХГР, 12ХНЗА, 20ХН и др.) Углеродом с целью получения высокой твердости поверхности и вязкой сердцевины изделий. пропитывающие смеси (Карбюризатора), богатые углеродом, могут быть в твердом, жидком и газообразном состоянии. При назначении режимов цементации (Температура, время) учитывают химический состав стали и условия эксплуатации детали.
Для цементации в твердом карбюризаторе используют смеси древесного угля в виде зерен размером 3 … 7 мм (75 … 90%) с углекислыми солями (10 … 25%) бария или натрия. Диффузное насыщения изделий осуществляют в засыпке карбюризатора в герметизированном объеме при температуре выше 900 С в течение нескольких часов.
Скорость цементации при 950 С составляет 0,1 мм / год. Этот вид цементации применяют не часто. Для цементации в жидком состоянии деталь, подлежит обработке, погружают в расплавы солей (например, NaCN, Na2CO3, KCl, BaCl2, SiC) при 930 … 950 С. В расплавленной смеси солей стали насыщаются углеродом за счет выделения атомарного углерода.
Самый распространенный способ газовой цементации — с использованием метана СН4, пропана С3Н8, оксида углерода СО и т.д. — сводится преимущественно в двух реакций:
СН4↔2Н2 + Сат; 2СО↔СО2 + Сат.
Основные карбюризатора газовой цементации — естественный, генераторный и светильный газы. Этот процесс осуществляют при 900 … 950 С, при этом в 2 … 3 раза сокращается время углецевания, растут возможности регулирования и контроля за процессом.
Содержание углерода в цементованном слое определяет предел его растворимости в аустените по заданной температуры (линия SЕ диаграммы Fe-Fe3С). обычно цементацию осуществляют при температурах, превышающих А3, поскольку в -железе углерод почти не растворяется. Оптимальный температурный интервал цементации 900 … 950 С.
Рекомендуемый среднее содержание углерода в слое должен соответствовать составу эвтектоидной стали (0,85% С), а во внешнем слое — не превышать 1,1..1,2%. В случае превышения этого количества образуется сетка вторичного цементита, что приводит к охрупчиванию цементируемой стали. Нормальную структуру цементированного слоя в условиях медленного охлаждения после насыщения характеризует плавное снижение содержания углерода. У поверхности (0,8 … 1,1% С)
цементированный слой имеет перлитного-цементитной структуру (так называемую эвтектоидная зону), далее — эвтектоидную зону с содержанием углерода примерно 0,8% с перлитной структурой и, наконец, доэвтектоидную зону (содержание углерода менее 0,7%) с феррито-перлитной структурой, постепенно переходит в исходную структуру низкоуглеродистой стали.
После цементации в срок изделия подвергают термической обработке — закаливанию и низком отпуска. Этим обеспечивается образования структуры дисперсного высоко углеродного мартенсита поверхности, измельчения зерна сердцевины и снятия внутренних напряжений. Цементация, закалка и низкий отпуск придает изделиям высокой поверхностной твердости и износостойкости, а также повышение ударной вязкости сердцевины. В зависимости от химического состава исходной стали твердость поверхности после такой обработки должна составлять 58 … 62 НRС, а сердцевины — 20 … 35 НRС.
