Цементация как способ модификации поверхности металла

1 Как цементация изменяет состав металла?

Итак, суть заключается в насыщении поверхностного слоя металла углеродом. В основном подвергаются цементации малоуглеродистые стали с целью улучшения их свойств. В результате повышается твердость и износостойкость материала, при этом сердцевина остается вязкой, даже после закалки. Существует также цементация меди, но это несколько иное. Под приведенным термином подразумевается чаще всего вытеснение этого металла из состава других материалов.

В результате традиционной цементации изменяется химический, фазовый состав поверхностного слоя (припуска), а также и его микроструктура. Поэтому необходимо четко выдерживать все параметры, так как если количество углерода будет превышено, то это приведет к образованию вторичного цементита и, как следствие, повышению хрупкости. Когда же необходимо обработать только какой-то определенный участок, то следует защитить не подвергающиеся данной операции места путем их гальванического омеднения. Это еще один случай, когда в отношении цементации вспоминают про медь.

Для цементации отводится определенная глубина детали, так называемый припуск. И при производстве деталей, которым придется пройти эту операцию, обычно учитывается эта величина.

2 Цементация вакуумная, твердая и газовая – особенности процесса

Существует твердая и газовая цементация. В первом случае обрабатываемое изделие запаковывают в контейнер со специальным науглероживающим веществом (карбюризатором). Так как последний является попросту древесным углем, то, соответственно, его гранулы расположены не очень плотно между собой, а имеют промежутки с воздухом. После же высокотемпературного нагрева (900–950 °С) происходит взаимодействие углерода с кислородом, результатом которого является СО (угарный газ). Однако за счет того, что данная окись получается неустойчивой, из нее выделяется углерод, который диффундирует в поверхность металла, этим и завершается газовая цементация.

Второй способ осуществляется следующим образом. Деталь помещают в герметично закрывающуюся камеру печи, предварительно наполнив ее определенной атмосферой. При этом состав эндогаза, используемого для цементации, может быть различным. Так, наиболее часто применяемой является смесь из СО и других газообразных углеводородов, разложение которых приводит к образованию активного атомарного углерода. Также в некоторых случаях в качестве эндогаза используется и несколько иной состав, который состоит из окиси углерода, метана и свободного водорода. Кроме того, в роли добавок нашли себя пропан, этан, бутан и т. д. Существуют процессы насыщения металлов не только углеродом – например, нитроцементация слоя обогащает его еще и азотом.

Еще стоит сказать пару слов о том, что такое вакуумная цементация. В принципе, она также осуществляется путем насыщения поверхностных слоев металла углеродом при взаимодействии с заданным количеством эндогаза определенного состава. Однако в этом случае необходимо поддерживать в камере и высокое давление, порядка 13–67 кПа. К преимуществам данного способа стоит отнести быстрое протекание процесса, равномерный слой, отсутствие окисления, а также минимальный расход эндогаза.

3 Цементация в непроизводственных условиях

Теперь же рассмотрим, возможно ли осуществить цементацию металла в домашних условиях или все-таки данный процесс является только лишь производственным? В принципе, вполне реально провести подобное упрочнение металла с использованием карбюризаторов, ведь, по сути, для этого понадобится печь, которая может нагревать изделия до 950 °С, расходные материалы и стальной ящик с крышкой. Также не помешает глина, чтобы герметично закрыть крышку.

Кроме того, учтите, что предварительно изделие подвергается механической обработке, и припуски под цементацию колеблются в пределах от 50 до 100 мкм. Вообще, этот процесс довольно трудоемкий и ответственный, малейшее несоблюдение параметров может привести к нежелательному результату, поэтому если вы ни разу не сталкивались с подобной обработкой, то лучше довериться профессионалам. Ведь зацементировав область, превышающую припуск, вы безнадежно испортите деталь.