Цемент

Цементация стали в домашних условиях

Содержание

Все о цементации металла на примере стали

Цементация, осуществляемая в разных средах и только под воздействием больших температур, является очень всераспространенным способом химико-термической обработки металла, удачно используемым уже не один десяток лет.

Сущность процесса цементации

Смысл всех способов химико-термической обработки металлов, к числу которых относится и цементация стали, состоит в том, что изделие нагревают до высочайшей температуры в специальной среде (водянистой, жесткой либо газообразной). Такое воздействие приводит к тому, что изменяется хим состав металла – поверхность обрабатываемого изделия насыщается углеродом, в конечном итоге становится более жесткой и износоустойчивой. Что принципиально, сердцевина обработанных деталей остается вязкой.

Достигнуть хотимого эффекта после такового воздействия на металл можно только в этом случае, если обработке подвергают низкоуглеродистые стали, в составе которых углерода содержится менее 0,2%. Для того чтоб выполнить цементацию, изделие нагревают до температуры 850–950 градусов Цельсия, а состав среды подбирают таким макаром, чтоб она при нагреве выделяла активный углерод.

Если цементацию стали проводить квалифицированно, можно не только лишь поменять хим состав железного изделия, но также конвертировать его микроструктуру и даже фазовый состав. В итоге удается существенно упрочнить поверхностный слой детали, придать ему свойства, схожие со качествами закаленной стали. Для того чтоб достигнуть таких результатов, нужно верно подобрать характеристики химико-термической обработки металла – температуру нагрева и время выдержки обрабатываемого изделия в специальной среде.

Оборудование для вакуумной цементации стали

Данная технологическая операция является довольно длительной по времени, потому что процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом проходит очень медлительно (0,1 мм за 60 минут). Беря во внимание тот факт, что упрочненный поверхностный слой для большинства изделий должен составлять более 0,8 мм, можно высчитать, что на выполнение цементации металла нужно будет затратить более 8 часов. Основными типами сред для выполнения цементации металла (либо, как их верно именуют, карбюризаторами) являются:

  • газообразные среды;
  • смеси электролитов;
  • пастообразные среды;
  • кипящий слой;
  • твердые среды.

Более всераспространенными являются газообразные и твердые карбюризаторы.

Зависимость толщины цементованного слоя от времени и температуры обработки

Проведение цементации стали в твердой среде

В большинстве случаев для выполнения цементации металла в жесткой среде употребляется смесь, состоящая из углекислого натрия, бария либо кальция и березового либо дубового древесного угля (70–90%). Перед этим все составляющие таковой консистенции измельчаются до фракции 3–10 мм и просеиваются, что нужно для удаления очень маленьких частиц и пыли.

После того, как составляющие смеси для химико-термической обработки металла подготовлены, их можно смешать несколькими методами.

  • Составляющие консистенции (соль и уголь) кропотливо перемешиваются в сухом состоянии. Если пренебречь этим требованием, то после окончания процесса цементации на поверхности изделия могут образоваться пятна.
  • Соль растворяют в воде и приобретенным веществом поливают древесный уголь, после этого его просушивают до заслуги влажности менее 7%.

Необходимо подчеркнуть, что 2-ой метод лучше, потому что позволяет получить смесь с более равномерным составом.

Как в производственных, так и в домашних критериях цементация изделий из стали производится в ящиках, в которые засыпан карбюризатор. Чтоб сделать лучше качество поверхностного слоя обрабатываемого металла, также уменьшить время, идущее на прогрев ящиков, идеальнее всего изготавливать их очень приближенными к размерам и формам деталей.

Рациональные условия для протекания цементации стали можно сделать, исключив утечку газов, образующихся в карбюризаторе в процессе нагрева. Для этого ящики, у каких должны быть плотно закрывающиеся крышки, кропотливо обмазывают огнеупорной глиной перед помещением в печь.

Естественно, использовать специально сделанные ящики целенаправлено только в промышленных критериях. Для цементации металла в домашних критериях используют ящики стандартных размеров и формы (квадратные, прямоугольные, круглые), подбирая их зависимо от количества обрабатываемых деталей и внутренних размеров печи.

Хорошим материалом для таких ящиков является жаростойкая сталь, но может быть применена и тара из малоуглеродистых сплавов. Технологический процесс цементации металлических изделий смотрится последующим образом.

Приятное изображение конфигурации структуры после цементации

  • Приготовленные для обработки детали укладывают в ящики, пересыпая слоями карбюризатора.
  • Заполненные ящики, обмазанные огнеупорной глиной, помещают в за ранее прогретую печь.
  • Делают так именуемый сквозной прогрев ящиков с деталями, при котором они греются до температуры 700–800 градусов Цельсия. О том, что ящики отлично прогрелись, судят по цвету подовой плиты: на ней не должно быть черных пятен в местах соприкосновения с тарой.
  • Температуру в печи поднимают до 900–950 градусов Цельсия. Конкретно при таких значениях проводят цементацию стали.

Высочайшая температура и особая среда, в какой находится металл, содействуют тому, что происходит диффузия атомов активного углерода в кристаллическую решетку стали. Необходимо подчеркнуть, что выполнение цементации стали может быть в домашних критериях, но нередко не позволяет достигнуть хотимого эффекта. Разъясняется это тем, что для процесса цементации нужна долгая выдержка детали при высочайшей температуре. Обычно это тяжело обеспечить в домашних критериях.

Цементация деталей в газовой среде

  • нагревают железную емкость и подают в нее керосин, который при испарении разлагается на смесь газов;
  • состав некой части (60%) приобретенного газа видоизменят (крекирование).

Приобретенная смесь и употребляется для выполнения химико-термической обработки стали.

Если цементацию стали провести с применением только пиролизного газа, без прибавления крекированного, то глубина науглероженного слоя будет недостаточной. Не считая того, в таком случае на поверхности обрабатываемой детали осядет большой слой сажи, на удаление которого может уйти много времени и сил.

Печи, которые употребляются для выполнения газовой цементации металла, должны герметично запираться. На современных производственных предприятиях используют два главных типа таких печей: методические и стационарные. Сам процесс цементации в газовой среде смотрится последующим образом. Обрабатываемые детали помещают в печь, температуру в какой доводят до 950 градусов Цельсия. В подогретую печь подают газ и выдерживают в нем детали определенное время.

По сопоставлению с цементацией стали с внедрением твердого карбюризатора, данная разработка имеет ряд значимых преимуществ:

  • обеспечение наилучших критерий для обслуживающего персонала;
  • высочайшая скорость заслуги требуемого эффекта за счет того, что детали в газовой среде могут выдерживаться наименьшее количество времени (к тому же не требуется время для изготовления твердого карбюризатора).

В каких еще средах может проводиться цементация стали

Отдельные сорта углеродистых, низкоуглеродистых и легированных сталей, а именно 15, 20, 20ХГНР, 20Х, 20Х2Н4А, 18Х2Н4ВА, 20Г, 12ХН3А и др., могут проходить цементацию в других средах.

В таковой среде можно науглероживать только детали, отличающиеся маленькими размерами. Основывается данный способ на анодном эффекте, с помощью которого и происходит насыщение поверхности металла углеродом, содержащимся в растворе электролита. Для того чтоб раствор содержал достаточное количество активного углерода, в него добавляют глицерин, ацетон, сахарозу и другие вещества. Перед тем, как поместить деталь из стали в раствор, его нагревают до температуры 450–1050 градусов Цельсия (зависимо от обрабатываемого металла и размеров детали). Для разогрева раствора употребляют электронный ток с напряжением 150–300 В.

Цементацию стали по данной технологии проводят в среде раскаленного газового потока, создаваемого при прохождении метана и эндогаза через слой нагретого мелкоизмельченного (0,05–0,2 мм) корунда.

Для науглероживания поверхности металла по данной технологии употребляются особые пасты, состоящие из желтоватой соли, древесной пыли и сажи. Перед обработкой деталь обмазывают таковой пастой и просушивают, а только потом нагревают до температуры 910–1050 градусов Цельсия с помощью токов высочайшей частоты.

READ  Можно ли добавлять цемент в гипсовую штукатурку

По какой бы технологии ни была выполнена цементация стали, после ее окончания рекомендуется провести отпуск металла.

Цементация стали в домашних условиях

Определенное воздействие на сталь позволяет поменять ее главные эксплуатационные характеристики. В большинстве случаев проводится химико-термическое воздействие, которое именуют цементацией стали. Она предугадывает как нагрев детали для перестроения его атомной решетки, так и внесение требуемых хим частей. Цементация стали в домашних условиях графитом либо другой средой еще пару лет вспять фактически не проводилась, но сейчас это может быть. Разглядим особенности данного процесса подробнее.

Классификация среды, в которой проходит цементация стали

Науглероживание ножика либо другого изделия может проходить в последующих средах:

  • Жесткой.
  • Газовой.
  • В виде пасты.
  • Растворе электролита.
  • Кипящем слое.

Цементация металла в домашних критериях графитом проводится в большинстве случаев. Наибольшее распространение получила жесткая среда из-за того, что не надо обеспечивать высшую плотность печи.

Газ применяется в большей степени в промышленном производстве, потому что позволяет добиться требуемых результатов за малый период.

Общие сведения о процессе цементации стали

Для того чтоб проводить схожую обработку металла в домашних критериях следует разглядеть особенности теплового воздействия на сталь подробнее.

Посреди особенностей цементации выделим последующие моменты:

  • Цементирование предугадывает нагрев изделий в водянистой, жесткой либо газовой среде, за счет чего изменяют эксплуатационные характеристики поверхностного слоя.
  • За счет проведения данной процедуры концентрация углерода увеличивается, что обеспечивает повышение прочности и износостойкости стали.
  • Спецы советуют цементировать низкоуглеродистые стали, которые имеют показатель концентрации углерода приблизительно 0,2%. Примером можно именовать лезвие ножика, которое изготавливают из стали низкой цены.
  • Нагрев детали может проводится до самых разных температур. Цементация металла в домашних критериях проходить при температуре около 500 градусов Цельсия, в цехах, оборудованных особым оборудованием, этот показатель может достигать значения 1200 градусов Цельсия и выше. Отметим, что температура нагрева выбирается в согласовании с показателем концентрации углерода и других примесей.
  • Рассматриваемый тепловой процесс меняется не только лишь хим состав стали, да и его атомную решетку и фазовый состав. На самом деле, поверхность получает те же свойства, что и при закалке, но есть возможность их держать под контролем в узеньком спектре и избежать возникновения разных изъянов.
  • Углерод просачивается в структуру стали очень медлительно. Потому, например, цементация ножика в домашних критериях проходить со скоростью 0,1 мм за 60 минут. Для того чтоб лезвие ножика выдерживало механическое воздействие придется провести упрочнение слоя шириной около 0,8 мм. Этот момент определяет, что термическая обработка ножика либо цементация вала в домашних критериях займет более 8 часов, в протяжении которых необходимо выдерживать требуемую температуру.

Цементация нержавеющей либо другой стали более непростой процесс, в сопоставлении с закалкой, но позволяет добиться более больших эксплуатационных свойств.

Процесс цементации стали своими руками

При наладке процесса химико-термической обработки в домашних критериях выбирают способ цементации в жесткой среде. Это связано с значимым упрощение задачки по оборудованию помещения. Обычно, жесткий карбюризатор делается при использовании консистенции бария либо кальция с древесным углем, также углекислого натрия. Соль измельчается до состояния порошка, после этого пропускается через сито.

Цементация стали в жестком карбюризаторе

Советы по созданию жесткой консистенции последующие:

  • 1-ый способ заключается в использовании соли и угля, которые кропотливо перемешиваются. Если использовать не однородную смесь, другими словами возможность образования пятен с низкой концентрацией углерода.
  • 2-ой способ предугадывает применение древесного угля, которые поливается сверху солью, растворенной в воде. После чего уголь сушится до получения консистенции с показателем влажности около 7%.

Для ножика и других изделий больше всего подходит 2-ой способ получения карбюризатора, потому что он позволяет получить равномерную смесь. Цементация стали в домашних условиях графитом также предугадывает создание консистенции при применении нескольких технологий.

Цементация проводится в особых ящиках, которые заполнены приготовленным карбюризаторов. Конструкция должна быть герметичной, для чего проводится заделывание щелей глиной. Достигать высочайшей плотности рекомендуется из-за того, что при нагревании карбюризатора выделяются газы, которые не должны попасть в окружающую среду. Сам ящик следует изготавливать из жаропрочной стали, которая выдержит воздействие высочайшей температуры.

Процесс по проведению цементации стали в ящике в домашних критериях имеет последующие особенности:

  • Деталь укладывается в ящик со консистенцией. Толщина слоя твердого карбюризатора выбирается зависимо от размеров заготовки.
  • Устанавливается печь.
  • Исходный прогрев печи проводится до температуры 700 градусов Цельсия. Данный нагрев именуют сквозным. Однородность цвета стали, из которого делается ящик, гласит о способности перехода к последующему шагу.
  • Последующий шаг заключается в нагреве среды до требуемой температуры. Принципиально обеспечить равномерный нагрев поверхности деталей сложной формы, потому что могут появиться значительные трудности при неравномерном перестроении атомной структуры.

Цементация стали в ящике в домашних критериях

Сейчас есть возможность провести схожую функцию и в домашних критериях, но появляются трудности с достижением требуемой температуры.

Отсутствие нужного оборудования приводит к существенному понижению свойства получаемых изделий, также роста времени выдержки.

Применение газа

В массовом производстве употребляется газовая среда. Проводить насыщение поверхности углеродом можно только при использовании герметичной печи. Более всераспространенным составом газовой среды можно именовать вещества, получаемые при разложении нефтепродуктов.

  • Следует использовать конвейерные печи непрерывного деяния с завышенной изоляция рабочей среды. Они очень изредка инсталлируются в домашних критериях из-за высочайшей цены.
  • В печь помещают заготовки, после этого проводится нагрев среды до требуемой температуры.
  • После нагрева печи до требуемой температуры подается газ.

Преимуществ у схожей технологии достаточно много:

  • Нет необходимости в долговременной подготовке газовой среды.
  • Процесс предугадывает малую выдержку, что понижает издержки на поддержание температуры.
  • Оборудование малогабаритное, не занимает много места.

Цементация стали своими руками с помощью сварочного аппарата и графита

Но есть значимый недочет, который заключается в отсутствии способности установки оборудования и налаживания процесса в домашних критериях. Рентабельность цементации в домашних критериях при установке подобного оборудования обеспечивается только при существенном увеличении обрабатываемых партий.

Газовая цементация

В машиностроении всераспространена разработка насыщения верхнего слоя железных изделий углеродом в атмосфере углеродосодержащих газов. Понятно, что такое создание комфортно для массовой обработки деталей, потому что:

  • Допускается регулирование плотности газов; тем формируется углеродистый слой с данными качествами.
  • Полный цикл термической обработки (цементация, закалка, промывка и отпуск) проходит в одном месте — в шахтной (цементационной) печи.
  • Процесс экономичен, механизирован и автоматизирован.
  • Коробы с карбюризатором не нуждаются в прогреве, что уменьшает время протекания цементации.
  • Скорость науглероживания деталей увеличивается в 2 – 3 раза (сравнивая с другими способами), однородность слоя выше.
  • Температуру газовой консистенции углеводородов (метан и окись углерода), доводят до 900-950°С.
  • После цементации технологическую цепочку завершает отпуск (закаливание).

Что такое цементация стали и как ее сделать в домашних условиях?

Накоплено огромное количество способов обработки железных конструкций. Одним из их является цементация стали; что это, как сделать в домашних критериях, можно осознать, исследовав главные технологические приемы процесса.

Как науглеродить сталь в домашних условиях – Справочник металлиста

Сама по для себя цементация стали является процессом, в базе которого лежит химико-термическая обработка. Сущность ее состоит в осуществлении диффузионного насыщения поверхности обозначенного материала достаточным количеством углерода при нагревании в определенной среде.

В твердом карбюризаторе (твердая)

В качестве среды-донора углерода употребляют древесный уголь; как вариант — торфяной кокс, каменноугольный полукокс. Смесь дополняют активизаторами (углекислый натрий, барий либо кальций).

Для высококачественного насыщения уголь размельчают до частиц размером 3-10 мм, а потом просеивают, чтоб избавиться от пыли. Активизаторы также размельчают и просеивают, стремясь придать солям вид маленького порошка.

Процесс цементации стали проходит в несколько шагов:

  • Предметы, очищенные от эмульсии и масла, загружают в ящик из стали, с карбюризатором, который должен вполне их покрывать. Нельзя допустить их касания стен ящика и друг дружку.
  • Емкость помещается в печь. Ее плотность обеспечивается притертой крышкой, глиной либо песочным затвором.
  • Начав с подготовительного прогрева, температуру увеличивают до технологических 900-950°C.
  • Вероятен ускоренный вариант (при 980°C), сокращающий время насыщения в 2 раза, но вызывающий образование карбидной сетки (возникающей из-за очень высочайшего углеродного насыщения). Для ее устранения и исправления структуры проводят дополнительную многоэтапную обработку (нормализацию).
READ  Можно ли добавлять цемент в гипсовую штукатурку

Цементация стали в домашних условиях организовывается в жесткой среде либо с внедрением графита. Оба варианта доступны и не требуют особых знаний. Облагораживание помещения для первого метода очень упрощается, так как печь не нуждается в обеспечении высочайшей плотности.

Это условие полностью достижимо в домашней мастерской. Невзирая на тривиальные достоинства, у способа есть и недочеты: трудозатратность и низкая производительность.

Перед обжигом готовится жесткая смесь (карбюризатор). Она состоит из консистенции древесного угля с углекислыми солями бария, натрия либо кальция. Соли за ранее размельчают до пылеобразного состояния, а потом просеивают, чтоб достигнуть однородности. Толика древесного угля в консистенции — 70-90%, остальное приходится на соли.

Смесь создается одним из 2-ух методов:

  • Соль и древесный уголь кропотливо перемешиваются. Если смесь будет недостаточно однородной, во время цементации различные участки поверхности детали будут всасывать различное количество газа. В итоге на изделии образуются пятна, сигнализирующие о недостаточной концентрации углерода; качество поверхности будет неравномерным.
  • Уголь пропитывают солью, растворенной в воде. Потом его подсушивают до получения консистенции, влажность которой не превосходит 7%. Таковой состав выходит однороднее и лучше подходит для использования дома.
  • Изделие очищается от загрязнений и укладывается в железный короб, засыпается жестким карбюризатором (порошковой консистенцией). Нужно смотреть, чтоб меж стенками и ним сохранялся просвет в 2-2,5 Washing machine. Размер ящика должен соответствовать форме предмета; это уменьшит время прогрева и сделает лучше качество цементированного слоя.
  • Короб накрывается подогнанной крышкой, ее края промазываются глиной для плотности (от утечки газов).
  • Емкость помещают в за ранее прогретую печь. Цементация запускается при температуре 850-920°C.
  • Атомы углерода поглощаются раскаленным верхним слоем.

Жесткая цементация стали допускает многократное внедрение карбюризатора. Для повторного отжига к отработанному карбюризатору довольно добавить до 30% свежайшей консистенции.

Для большинства ответственных машинных деталей (валы, поршневые пальцы, зубчатые колеса, лемехи, шпиндели) достаточной считается глубина цементированного слоя от 0,6 до 2 мм. Время выдержки для приобретения достаточной твердости может варьироваться от 6 до 20 часов.

Изделия после цементации в жестком карбюризаторе получаются крепкими, но хрупкими. Чтоб избавится от ненужного характеристики, детали подвергают термической обработке (закалке) с нагревом до 840-850°С, с следующим отпуском (нагревом до 780-800°С), снимающим внутренние напряжения.

Как науглеродить сталь в домашних условиях

Определенное воздействие на сталь позволяет поменять ее главные эксплуатационные характеристики. В большинстве случаев проводится химико-термическое воздействие, которое именуют цементацией стали.

Она предугадывает как нагрев детали для перестроения его атомной решетки, так и внесение требуемых хим частей.

Цементация стали в домашних условиях графитом либо другой средой еще пару лет вспять фактически не проводилась, но сейчас это может быть. Разглядим особенности данного процесса подробнее.

Способы цементации

Если существует некоторое количество видов обозначенного материала, то для каждого из их будет применяться своя собственная методика данного процесса. Обычно, цементированная сталь может создаваться в разных критериях и средах, также при неотклонимой температуре от 850 до 950 градусов по Цельсию. Потому делят несколько способов этого деяния:

Процесс цементации, происходящий в жестком карбюризаторе. В данном случае может быть внедрение органических веществ (костей животных, древесной породы и т.д.) и неорганических (кокса) в купе с разными активаторами. Обогащение углеродом будет происходить при проведении хим реакции его окисления.

Применение активаторов в этом случае содействует наилучшему и резвому ее протеканию. Таковой способ в особенности целесообразен для заслуги огромных глубин науглероживания. Он является действенным при штучном изготовлении железных изделий.

Но данный процесс очень трудозатратный, он тянет за собой огромные издержки сил, времени и энергии.

Процесс цементации, происходящий под воздействием газов. В данном способе принято использовать обогащенные газы (природный, магистральный и др.) либо категорию инертных (азот). Все находится в зависимости от личного подхода. К тому же цементируемая сталь на базе газов создается с малым процентом алифатических предельных углеводородов, пропана либо алканов.

В большинстве случаев этот способ применяется в масштабном производстве, но является очень накладным в плане денег. Схожий метод используется при тепловом производстве. При всем этом в жаркую ротортную печь вводят консистенции органических высокомолекулярных соединений (к примеру, скипидара, этилового спирта и т.д.

), которые, в свою очередь, владеют способностью распада под воздействием катализаторов (никелевых).

Процесс жидкостной цементации. Его используют в цианидных и бесцианидных ваннах. Любая из этих сред характеризуется своими особенностями, преимуществами и недочетами. Например, цианидные ванны не относятся к категории безобидных. Их принято систематизировать как небезопасные носители не только лишь для среды, да и для человека.

Потому при работе с таким материалом нужно стараться соблюдать все предписанные меры безопасности, чтоб избежать неблагополучных последствий. А вот способ, основанный на бесцианидной ванне, не рекомендовано использовать в силу того, что он ведет к необратимому загрязнению среды и наносит ей большой урон.

Обозначенные методы если и используют на практике, то только только для получения маленьких глубин науглероживания.

Ознакомившись с вышесказанным, можно сказать, что организация обозначенного процесса при изготовлении железных изделий является очень принципиальной. Данное действие существенно укрепит поверхностный слой детали. При обладании определенными способностями в этой сфере и наличии нужных материалов и оборудования может быть осуществлена цементация стали в домашних условиях.

цементация, условие

Цементация в кипящем слое

Промышленный метод, протекающий в специальной установке (печи кипящего слоя). Основа метода — получение псевдожидкого состояния сыпучего вещества (корунда) в смеси раскаленных газов (в экзогазе). Температура распределяется равномерно по всему объему печи, что уменьшает деформацию предметов и их коробление.

Обработку изделия не заканчивают цементацией; рекомендуется провести термообработку (отпуск) или отшлифовать его. Чтобы достичь необходимого уровня прочности при цементации и закрепить его твердость, необходимо правильно соблюдать условия технологического процесса.

В твердой среде

Для работы используют так называемые твердые карбюризаторы — вещества, которые содержат углерод и могут отдавать его другим материалам при высокой температуре. Чаще всего таковыми служат дубовый или березовый уголь, к которым добавляют немного солей угольной кислоты (до 10-12%). Готовую смесь дробят до частиц размером не более 1 Washing machine, просеивают для удаления пыли и кладут в термостойкие ящики, после чего помещают туда металлические заготовки. В ряде случаев уголь проливают раствором соли до достижения влажности 6-7%. При «мокрой» методике процесс цементации происходит более равномерно. Далее действуют таким образом:

  • емкости с углем и заготовками герметизируют при помощи шамотной глины;
  • печь разогревают до 700 градусов, ставят туда ящики, затем повышают температуру до рабочей (около 800…950 градусов);
  • выдерживают изделия под нагревом до достижения науглероженного слоя нужной толщины.

Основные способы цементации

Разработаны разные способы цементации, которые различаются технологией, применяемым оборудованием и расходными материалами.

При помощи паст

Для цементации готовят пасту на основе сажи (пыли) древесного угля (55%), кальцинированной соды (30%) и щавелевокислого натрия (15%). Все компоненты перемешивают, разводят водой до получения пасты, которую затем наносят на обрабатываемый предмет и дают высохнуть. Толщина слоя пасты должна быть в 8 раз больше, чем планируемая толщина науглероженного слоя. После изделие прокаливают в индукционной печи при температуре 900…950 градусов.

В твердом карбюризаторе (твердая)

В качестве среды-донора углерода используют древесный уголь; как вариант — торфяной кокс, каменноугольный полукокс. Смесь дополняют активизаторами (углекислый натрий, барий или кальций).

Для качественного насыщения уголь измельчают до частиц размером 3-10 мм, а затем просеивают, чтобы избавиться от пыли. Активизаторы также измельчают и просеивают, стремясь придать солям вид мелкого порошка.

Процесс цементации стали проходит в несколько этапов:

  • Предметы, очищенные от эмульсии и масла, загружают в ящик из стали, с карбюризатором, который должен полностью их покрывать. Нельзя допустить их касания стенок ящика и друг друга.
  • Емкость помещается в печь. Ее герметичность обеспечивается притертой крышкой, глиной или песчаным затвором.
  • Начав с предварительного прогрева, температуру повышают до технологических 900-950°C.
  • Возможен ускоренный вариант (при 980°C), сокращающий время насыщения в 2 раза, но вызывающий образование карбидной сетки (возникающей из-за слишком высокого углеродного насыщения). Для ее устранения и исправления структуры проводят дополнительную многоэтапную обработку (нормализацию).
READ  Можно ли добавлять цемент в гипсовую штукатурку

Это условие вполне достижимо в домашней мастерской. Несмотря на очевидные преимущества, у метода есть и недостатки: трудоемкость и низкая производительность.

Перед обжигом готовится твердая смесь (карбюризатор). Она состоит из смеси древесного угля с углекислыми солями бария, натрия или кальция. Соли предварительно измельчают до порошкообразного состояния, а затем просеивают, чтобы добиться однородности. Доля древесного угля в смеси — 70-90%, остальное приходится на соли.

Смесь создается одним из двух способов:

  • Соль и древесный уголь тщательно перемешиваются. Если смесь будет недостаточно однородной, во время цементации разные участки поверхности детали будут поглощать разное количество газа. В результате на изделии образуются пятна, сигнализирующие о недостаточной концентрации углерода; качество поверхности будет неравномерным.
  • Уголь пропитывают солью, растворенной в воде. Затем его подсушивают до получения смеси, влажность которой не превышает 7%. Такой состав получается однороднее и лучше подходит для использования дома.
  • Изделие очищается от загрязнений и укладывается в металлический короб, засыпается твердым карбюризатором (порошковой смесью). Необходимо следить, чтобы между стенками и ним сохранялся промежуток в 2-2,5 Washing machine. Размер ящика должен соответствовать форме предмета; это сократит время прогрева и улучшит качество цементированного слоя.
  • Короб накрывается подогнанной крышкой, ее края промазываются глиной для герметичности (от утечки газов).
  • Емкость помещают в предварительно прогретую печь. Цементация запускается при температуре 850-920°C.
  • Атомы углерода поглощаются раскаленным верхним слоем.

Твердая цементация стали допускает неоднократное использование карбюризатора. Для повторного отжига к отработанному карбюризатору достаточно добавить до 30% свежей смеси.

Для большинства ответственных машинных деталей (валы, поршневые пальцы, зубчатые колеса, лемехи, шпиндели) достаточной считается глубина цементированного слоя от 0,6 до 2 мм. Время выдержки для приобретения достаточной твердости может варьироваться от 6 до 20 часов.

Изделия после цементации в твердом карбюризаторе получаются прочными, но хрупкими. Чтобы избавится от нежелательного свойства, детали подвергают термообработке (закалке) с нагревом до 840-850°С, с последующим отпуском (нагревом до 780-800°С), снимающим внутренние напряжения.

цементация, условие

Цементацию стали в домашних условиях можно проводить несколько иным способом, без нагревания в печи.

Для домашних условий применим способ цементации металла с использованием графитового порошка, как вещества с хорошей электропроводимостью. При закалке в графите нагрев идет только по режущей кромке.

Для организации рабочего места потребуется:

  • Графитовый порошок, измельчённый в пыль (даёт мельче искры).
  • Источник питания (понижающий трансформатор); для комфортной работы графитовым электродом достаточно 6-12 В.
  • Провода достаточного сечения.
  • Металлическая подложка (поддон, уголок или кусок профиля).
  • Предмет, на котором предварительно желательно убрать зазубрины (мелкой шкуркой).
  • На металлический поддон насыпается графитовый порошок (его можно получить, сточив графитовую щетку от электродвигателя или из батарейки)
  • К подложке подсоединяется плюсовой контакт, к предмету, требующему закалки — отрицательный провод.
  • На трансформатор подается напряжение.
  • Предмет (лезвие) необходимо перемещать над слоем графита плавными движениями; при этом цепь замыкается и между лезвием и порошком проскакивают небольшие искры.
  • Лезвие в процессе нагревается; оно не должно касаться подложки. При контакте с поддоном короткое замыкание (дуга) может прожечь кромку.
  • Трудно достичь равномерного прогрева в порошке, и, следовательно, приемлемого качества для изделия заметных размеров. Науглераживание детали углеродом графита подходит для цементирования режущей кромки садового инструмента (лопат) и ножей. Для ответственных деталей метод не рекомендуется.
  • Теоретически качественная цементация идет со скоростью около 0,1 мм/час. Скорость можно увеличить, увеличив температуру, но это также становится причиной итоговой хрупкости.

Таким способом можно цементировать лопату, косу, сверло, отвертку, ножи газонокосилки.

Цементация проводится и в менее распространенных карбюризаторах.

Способом можно пользоваться дома. Пасту необходимо нанести на предмет и дать ей подсохнуть. После предмет помещается в печь и выдерживается при 900-950°С расчетное время. Таким методом можно добиться толщины науглероженного слоя в 0,7-0,8 мм.

  • сажи, 55 %;
  • кальцинированной соды (желтая соль), 30 %;
  • щавелевокислого натрия, 15%.

Составляющие размешиваются в воде до пастообразного состояния.

Разновидности металла, который можно обрабатывать

Выделяют три основные группы металла, который используется для закалки:

  • Сталь с неупрочняемой сердцевиной. В эту группу входят следующие марки стали, пригодной для цементирования — 20, 15 и 10. Эти детали имеют небольшой размер, используются для эксплуатации в бытовых условиях. Во время закалки происходит трансформация аустенита в феррито-перлитную смесь.
  • Сталь со слабо упрочняемой сердцевиной. В эту группу вошли металлы таких марок, как 20Х, 15Х (хромистые низколегированные стали). В этом случае проводят дополнительную процедуру лигирования с помощью небольших доз ванадия. Это обеспечивает получение мелкого зерна, что приводит к получению более вязкого и пластичного металла.
  • Сталь с сильно упрочняемой сердцевиной. Этот вид металла используют для изготовления деталей со сложной конфигурацией или большим сечением, которые выдерживают различные ударные нагрузки, подвергаются воздействию переменного тока. В процессе закалки вводится никель или при его дефиците используют марганец, при этом для дробления зерна добавляют малые дозы титана или ванадия.

В целом процесс цементации стали необходим для улучшения износостойкости и прочности деталей.

Чаще всего цементации подвергаются валы, оси, лезвия ножей, детали подшипников и зубчатые колеса.

Как происходит цементация стали в твердой среде на предприятии и в условиях домашнего цеха?

Смесь для твердой цементации готовится из бария, кальция с древесным углем и углекислого натрия. Уголь лучше брать из дуба или березы и разделить его небольшие фракции, не более десяти миллиметров. Чтобы удалить лишнюю пыль, уголь рекомендуют просеять. Соли тоже измельчают до состояния порошка и пропускают через сито.

Существует две методики для приготовления смеси:

  • Уголь из дерева поливают солью, которую предварительно растворяют в воде. Получившуюся смесь высушивают, ее влажность должна быть не более 7%.
  • Сухой уголь и соль тщательно перемешивают, чтобы исключить возможность появления пятен уже в процессе химической и термической обработки.

При этом, первая методика считается более качественной. Так как она гарантирует, что смесь выйдет равномерной, а результат без пятен и разводов. Готовую смесь еще называют карбюризатором.

Сам процесс твердой цементации проходит в специальных ящиках, где насыпана смесь в нужном количестве. Идеально, если ящики соответствуют размеру и форме изделия, которое обрабатывают. Так как в этом случае снижаются затраты времени на прогрев тары, а качество слоя цементации улучшается. Для избежания утечки газа щели замазывают специальной огнеупорной глиной и накрывают все плотно прилегающей крышкой.

Следует обратить внимание, что изготавливать тару, идеально подходящую, экономически выгодно, если речь идет о конвейерной процедуре. Если же нужно одну или две детали закалить, то лучше выбрать тару универсальной формы — квадратную, круглую или прямоугольную.

Ящики выбирают из малоуглеродистой или жаростойкой стали.

Сам процесс цементации в твердой смеси проходит следующим образом:

  • детали, которые необходимо закалить, равномерно укладываются в ящики, наполненные твердым карбюризатором;
  • печь разогревают до 900−1000 градусов и подают в нее тару с изделиями;
  • прогрев ящиков проходит при температуре от 500 до 700 градусов. Этот прогрев называют сквозным. Сигналом, что печь накалилась до нужной температуры служит однородный цвет подовой плиты, на ней больше нет темных участков под ящиками;
  • температуру поднимают до 900 или 1000 градусов по Цельсию.

Именно при таком температурном режиме происходят диффузные изменения в структуре деталей на уровне атомов.

Твердая сталь из мягкой. Цементация.

В домашних условиях достаточно сложно нагреть печь до нужной температуры и выдержать весь температурный режим от начала и до конца. При этом все возможно. Следует помнить, что эффективность домашней цементации намного ниже, чем промышленной.

В растворе электролита

Метод базируется на анодном эффекте и подходит для небольших предметов.

  • Предмет погружается в печь-ванну с раствором, предварительно разогретым до рабочей температуры (от 450 до 1050°С, в среднем — 850-860°С). Необходимое напряжение составляет 150-300 В.
  • За 1,5-2 часа поверхность металла насыщается углеродом на глубину 0,3-0,4 мм.
  • соду 75-85 %;
  • хлористый натрий 10-15 % ;
  • карбид кремния 6-10 %.