Цементація металу в Дніпрі
Серед усіх матеріалів, що використовуються в різних галузях промисловості, лише деякі можуть використовуватися так широко, як сталь. Це пов’язано насамперед із тим, що сталь може випускатися величезної кількості марок, що розрізняються за своїм хімічним складом і способом отримання, а також за фізико-хімічними властивостями.
Додатковою перевагою сталі є можливість поліпшення окремих параметрів на різних стадіях обробки, що дає можливість домогтися необхідних властивостей в оптимальний момент технологічного процесу.
Це можливо завдяки використанню методів теплової та термохімічної обробки. Особливо часто застосовують прийоми, що дають змогу вводити в структуру металу додаткові елементи, наприклад шляхом вуглецювання (цементація металів) або азотування сталей.
Як поліпшити характеристики міцності сталі?
Сталь дуже часто використовується для виробництва виробів, які повинні володіти особливими властивостями щодо стійкості до різних зовнішніх чинників, пов’язаних з умовами, в яких вона буде використовуватися. Особливо це стосується елементів різних машин і пристроїв, що працюють з великими механічними і тепловими навантаженнями.
Це будуть, наприклад:
- деталі та вузли для двигунів внутрішнього згоряння;
- елементи систем трансмісії, включно зі всілякими шестернями, валами, важелями або втулками;
- деталі корпусів тощо.
Тертя або значні удари, що виникають у таких випадках, змушують відповідати вимогам до окремих елементів, особливо до їхніх поверхонь, що піддаються прямому впливу великих сил.
Одним зі способів підвищення механічної та термічної міцності поверхні металу є використання різних методів термічної обробки шляхом впливу високої температури, що призведе до зміни внутрішньої структури матеріалу, переводячи його в поліпшені властивості, наприклад, по твердості або стійкості до стирання.
У рамках термічної обробки також виконуються відпал і обробка на твердий розчин. У першому випадку йдеться про релаксацію матеріалу та уніфікацію його структури, у другому, що використовується для різних сплавів, йдеться про рівномірний розподіл окремих елементів по всій структурі.
Термічна обробка у вигляді загартування і відпуску може успішно застосовуватися як до всього елемента, так і тільки до його зовнішнього шару. Однак ще більш далекосяжні ефекти можна отримати, попередньо провівши процес насичення сталі обраними елементами, наприклад вуглецем. Для цього перед загартуванням і відпусткою виконується цементація металу (навуглерожування).
Процес науглерожування сталі
Процес цементації або науглерожування сталі полягає у введенні в структуру сталі додаткових атомів вуглецю. Через кристалічну структуру матеріалу, щоб це стало можливим, необхідно нагріти його поверхню до температури, яка дасть змогу включити вуглець у їхню структуру.
Цементація сталі супроводжується зміною хімічного складу поверхні сплаву, що також вимагає забезпечення відповідної концентрації атомів вуглецю в безпосередній близькості від поліпшеної поверхні.
Атоми вуглецю впроваджуються в структуру сталі шляхом дифузії. Вона дає змогу адсорбувати елемент у навколишньому середовищі до вирівнювання рівня концентрації, а потім дифундувати його далі вглиб. Вільні атоми вуглецю можуть доставлятися на поверхню вуглецевого металу як у газоподібній формі та у відповідному рідкому розчині, так і в твердому стані.
Після активації металу термічним впливом вуглець проникає через вільні простори кристалічної решітки та займає наступні вільні вузли. Швидкість дифузії пов’язана як з температурою нагріву вуглецевої підкладки, так і з наявністю вільних атомів вуглецю.
Цементування металу – методики
Навуглерожування може здійснюватися в різних центрах. Використовується наявність твердої речовини, наприклад, у вигляді порошку деревного вугілля з додаванням активаторів без доступу повітря. У разі рідин використовуються обрані солі, наприклад, хлориди або карбонати лужних металів.
Часто використовуваний метод, який дає чудовий контроль над складом середовища вуглецювання і, отже, над кількістю доступного вуглецю, являє собою вуглецювання в газі. Зазвичай використовується метан або чадний газ.
Також можлива вакуумна цементація сталі 20 (або будь-якої іншої марки) при значно зниженому тиску або іонізація з утворенням плазми.
Цементація – це процес, який вимагає нагрівання матеріалу вище за температуру утворення аустеніту, тобто до 850-950°С. Сталі з більш низьким вмістом вуглецю потребують більш високих температур.
Цементація деталей – переваги
Процес цементації шестерень та інших виробів з металу значно підвищує твердість поверхні металу і водночас покращує його стійкість до стирання, хоча все ж таки вимагає додаткових зміцнювальних обробок. Залежно від використовуваного сплаву і застосовуваних процедур отримана твердість може становити від 55 до 62 HRC.
Перевагою методу навуглецювання є одночасне збереження пластичності та міцності матеріалу в ядрі, тобто поза зоною навуглецювання. На практиці товщина шару з підвищеним вмістом вуглецю становить близько 0,5-2 мм, а вміст вуглецю в цій зоні становить від 1 до 1,1%.