Цементация стали

Цементация стали

Цементация металла – это вид термической обработки металлов с использованием дополнительного химического воздействия. Атомарный углерод внедряется в поверхностный слой, тем самым его насыщая. Насыщение стали углеродом, приводит к упрочнению обогащенного слоя.

Процесс цементации

Целью цементация стали является повышение эксплуатационных характеристик детали. Они должны быть твердыми, износостойкими снаружи, но внутренняя структура должна оставаться достаточно вязкой.

Для достижения данных требований требуется высокая температура, среда, выделяющая свободный углерод. Процесс цементации применим к сталям с содержанием углерода не больше двух десятых долей процента.

Для науглероживания слоя наружной поверхности, детали нагревают с использованием печи до температуры в диапазоне 850С — 950С. При такой температуре происходит активизация выделения углерода, который начинает внедряться в межкристаллическое пространство решетки стали.

Цементация деталей достаточно продолжительный процесс. Скорость внедрения углерода составляет 0,1 мм в час. Не трудно подсчитать, что требуемый для длительной эксплуатации 1 мм можно получить за 10 часов.

Влияние на глубину слоя продолжительности цементации

На графике наглядно показано на сколько зависит продолжительность по времени от глубины наугрероживаемого слоя и температуры нагрева.

Технологически цементация сталей производится в различных средах, которые принято называть карбюризаторами. Среди них выделяют:

  • твердую среду;
  • жидкую среду;
  • газовую среду.

Поверхностный слой, получаемый цементацией

Стали под цементацию обычно берутся легированные или же с низким содержанием углерода: 12ХН3А,15, 18Х2Н4ВА, 20, 20Х и подобные им.

Способы цементации

Цементация получила широкое распространение при обработке зубчатых колес и других деталей, работающих при ударных нагрузках. Высокая твердость рабочих поверхностей обеспечивает продолжительный срок работы, а достаточно вязкая середина позволяет компенсировать ударные нагрузки.

Разработаны множество способов науглероживания. Чаще всего используются следующие:

  • в твердой среде;
  • в жидкости;
  • в газе;
  • в вакууме.

Как происходит процесс цементации с использованием твердой среды

В качестве твердого карбюризатора берется смесь древесного угля (береза, дуб) и соли угольной кислоты с кальцием и другими щелочными металлами. Количество древесного угля может достигать 90%. Для приготовления смеси компоненты дробятся для улучшения выхода углерода. Размер частиц не должен превышать 10 мм. Так же не должно быть микроскопических частив в виде пыли и крошек, поэтому смесь просеивается.

Цементация стали в твердой среде

Для получения готовой смеси пользуются двумя способами. Первый – соль с углем в сухом состоянии тщательно перемешивается. Второй способ – из соли получают раствор. Для этого ее разводят в воде, а после чего этим раствором обильно смачивают древесный уголь. Перед помещением в печь уголь сушат. Его влажность не должна превышать 7%. Получение карбюризатора последним способом более качественно.

Смесь насыпается в ящики. После чего в них помещают детали. Для исключения оттока газа, получаемого во время нагрева, ящики подвергаются герметизации. Плотно закрывающую крышку дополнительно замазывают шамотной глиной.

Ящики подбираются в зависимости от формы детали, их количества и объема засыпанной смеси. Обычно они бывают прямоугольными и круглыми. Материалом для изготовления ящиков может служить сталь как жаростойкая, так и низкоуглеродистая.

Технологический процесс цементации стали можно представить в следующем порядке:

  • Детали, предназначенные под цементацию, закладываются в металлические ящики, при этом равномерно пересыпаются угольным составом.
  • Ящики герметизируются и подаются в заранее нагретую печь.
  • Первоначально производится прогрев до температурных показаний порядка 700С — 800С.
  • Контроль прогреваемости производится визуально. Ящики и подовая плита имеют равномерный цвет без затемненных пятен.
  • Далее температуры в печи увеличивают до требующихся 850С 950С. В данном диапазоне происходит диффузия внедрения атомов углерода.
  • Длительность выдерживания деталей в печи напрямую зависит от требуемой толщины слоя.

Как происходит процесс цементации в газовой среде

Цементация стали в среде газов производится при массовом выпуске деталей. Глубина цементации не превышает 2-х мм. Используемые газы – естественные или искусственные газы, содержащие углерод. Обычно используется газ, получающийся при распаде нефтепродуктов.

Цементация стали в газовой среде

Его получают в большинстве случаев нагреванием керосина. Больше половины газа подвергают модификации, его крекируют.

Активный углерод при данном способе обработки получается при распаде, и формула имеет следующий вид:

Если пиролизный газ использовался без модифицированного, то в результате обогащенный слой металла будет недостаточным. К тому же пиролизный газ создает обильную сажу.

Печи для данного способа цементации должны быть герметичными. Обычно пользуются стационарными печами, но как вариант методическими.

Цементацию стали и технологический процесс можно представить в следующем порядке:

Подвергаемые цементации изделия помещаются в печь. Температура поднимается порядка 910С — 950С. Производится подача газа в печь. Выдержка в газовой среде определенное время.

Длительность термического воздействия составляет 15 часов при температуре в 920С с получаемым слоем 1,2 мм. Для ускорения производственного процесса температуру поднимают. Уже при 1000С получить такой же науглероженный слой возможно за 8 часов.

В последнее время широкое применение нашел способ проведения процесса в эндотермической среде. Во время активного науглероживания в газовой среде поддерживается значительный потенциал углерода за счет введения природного газа (пропана, бутана или метана). На этот период концентрация газ из нефтепродуктов устанавливается на уровне 1%.

Процесс проведения цементации в жидкой среде

Жидкая среда – это расплавленные соли. В качестве солей используются карбонаты металлов, правда, металлы должны быть щелочными с низкой температурой плавления. Температура проведения цементации при данном методе составляет 850С. Процесс происходит во время погружения деталей в ванну с расплавом и выдерживании их там.

Цементация стали в жидкой среде

Цементация в жидкой среде отличается не большим насыщенным слоем, который не превышает 0,5 мм. Соответственно времени занимает до 3 часов. Среди достоинств следует отметить: обработанные детали имеют незначительную деформацию, а также возможна закалка без промежуточного этапа.

Как происходит процесс цементации в вакууме

Недостаточное давление, создаваемое в печи, значительно сокращает время проведения обработки. Цементацию стали и технологический процесс можно представить в следующем порядке:

  • При данном методе детали помещаются в холодную печь.
  • После герметизации камеры нагрева в ней создается вакуум.
  • Затем производят нагрев до требуемой температуры.
  • Производится выдержка, которая занимает до часа по времени. За это время выравнивается температура и с поверхности нагретых деталей осыпаются загрязнения, мешающие науглероживанию.
  • Затем подается в камеру углеводородный газ под давлением. За счет чего происходит активная фаза обогащения поверхностного слоя.
  • На следующем этапе происходит диффузионное внедрение углерода. На этом этапе в камере опять создают вакуумическое давление.
  • За короткий промежуток времени не получается требуемого науглероженного слоя, поэтому процесс повторяют до тех пор, пока не получится требуемая глубина. Обычно результат получается за три стадии.
  • Охлаждение до температуры окружающей среды происходит в печи под действием инертных газов под разным давлением.

Печь для вакуумной цементации

Процесс полностью компьютеризирован. За подачей газа, температурой, давлением следит программа, отвечающая за весь технологический процесс. Среди достоинств следует отметить:

  • регулирование количества углерода;
  • отсутствие кислорода предотвращает образование окислов;
  • газ проникает даже в отверстия минимального диаметра;
  • чередование процессов происходит при равных условиях;
  • полная автоматизация; сокращенные сроки.

Процесс проведения цементации пастами

При производстве разовых работ рациональнее пользоваться пастами для проведения цементации. В составе пасты находятся: сажа с пылью древесного угля. Толщина слоя наносимой пасты должна быть восьмикратно увеличена для получения требуемого насыщенного слоя.

После нанесения состав просушивается. Для процесса цементации используются индукционные высокочастотные печи. Температура проведения процесса достигает 1050С.

Как происходит процесс цементации в электролитическом растворе

Процесс во многом схож с гальваническим покрытием. В нагретый раствор электролита помещается заготовка. Подведенный ток вызывает получение активного углерода и способствует его проникновению в поверхность стальной заготовки.

Таким способом подвергают обработке детали, имеющие небольшой размер. Параметры для прохождения цементации: напряжение тока – 150-300В, температура 450-1050С.

Свойства металла после обработки

После проведения цементации твердость науглероженного слоя достигает: 58-61 HRC на легированных сталях и 60-64 HRC на низкоуглеродистых сталях. Длительное нахождение стали при высоких значениях температуры, вызывает изменение структуры металла.

Структура стали после цементации

Для исправления крупного зерна металла детали после цементации подвергаются повторному нагреву и закалке с последующим отпуском или нормализацией.

Закалка производится при температуре, не превышающей 900С. В металле происходит измельчение зерна за счет получения перлита и феррита.

Вместо закалки для легированных сталей производят нормализацию. После сквозного прогрева в середине детали образуется мартенсит. Нагрев детали зависит от марки стали, из которой она была изготовлена.

Режимы термической обработки стали после цементации

В качестве заключительной фазы проводят низкотемпературный отпуск, который позволяет устранить поверхностные напряжения и деформации, вызванные высокотемпературной обработкой.

Недостатки цементации

Как было выше сказано основным недостатком после цементации остается изменение структуры металла. В связи с этим требуется дополнительная обработка, что увеличивает время и так длительного процесса цементации.

Для проведения работ требуется обученный и высококвалифицированный персонал. Среди недостатков следует выделить необходимость подготовки карбюризатора.

В заключение стоит отметить, что цементация позволяет использовать, стали с низким содержанием углерода для изготовления ответственных деталей с длительным сроком эксплуатации, что значительно снижает конечную стоимость.

Для защиты поверхностей, не предназначенных под цементацию, пользуются пастами, намеднением или закладывают увеличенные допуски под обработку.

Источник:
http://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/cementaciya-stali.html

Каталог оборудования

  • Вакуумные печи АО «Интек Аналитика»
  • Вакуумные печи для отпуска (ретортные)
  • Вакуумные печи для пайки алюминия
  • Вакуумные печи для проведения закалки в атмосфере нейтрального газа
  • Вакуумные печи для цементации и нитроцементации
  • Высокотемпературные печи до 3000°С
  • Двухкамерные с закалкой в масло и газом
  • Трубчатые печи
  • Вакуумные печи для цементации и нитроцементации

    • Вакуумные печи
    • /
    • Вакуумные печи для цементации и нитроцементации

    Безусловным и неоспоримым преимуществом проведения процессов цементации, нитроцементации и азотирования в вакууме (под парциальным давлением технологического газа) является:

    • Существенное уменьшение времени процесса по сравнению с традиционными (атмосферными) методами, что особенно актуально при большой глубине цементированного слоя ( до 4,5 мм менее чем за 30 часов ). Это возможно благодаря проведению цементации при более высоких температурах ( до 1100 °С ). Такой эффект дает колоссальную экономию энергоресурсов и производственного времени.
    • Повторяемость результатов
    • Не образуется копоти и сажи — проблемы, которые возникают при работе с пропаном
    • Точный контроль глубины цементированного слоя
    • Однородный цементированный слой с высокой концентрацией углерода на всех поверхностях деталей сложной геометрической формы, имеющие сквозные и глухие отверстия.
    • Высокая надежность и долговечность работы всех компонентов оборудования ввиду отсутствия формирования слоя сажи и нагара.
    Читайте также  Как выбрать оборудование для производства мебели

    Для проведения химикотермических процессов ( цементация, азотирование, нитроцементация и газовая закалка 12 бар и более) IPSEN имеет линейку вакуумных печей Ipsen TurboTreater®.

    Концепция Ipsen TurboTreater®

    • ЦИЛЛИНДРИЧЕСКАЯ ЗОНА НАГРЕВА – САДКИ РАЗЛИЧНОЙ ГЕОМЕТРИИ
    • ПРИМЕНЕНИЕ ЗОН НАГРЕВА ИЗ ГРАФИТА ИЛИ МЕТАЛЛА; ОТСУТСТВИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ В ЗОНЕ НАГРЕВА
    • ОРБИТАЛЬНОЕ (360°) ОХЛАЖДЕНИЕ – ОДНОРОДНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
    • ВСТРОЕННАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ – ВЫСОКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
    • СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ С ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ – БЫСТРАЯ ЗАКАЛКА
    • КОМПАКТНЫЙ РАЗМЕР – НЕБОЛЬШАЯ ПЛОЩАДЬ ДЛЯ УСТАНОВКИ
    • УМЕНЬШЕННЫЙ ВНУТРЕННИЙ ОБЪЕМ – НИЖЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ГАЗА

    Типовые размеры вакуумных печей Ipsen TurboTreater®:

    В вакуумных печах Ipsen применяется запатентованный процесс для вакуумной цементации с Ацетиленом — AvaC. Хорошо опробованный процесс AvaC® — цементация под низким давлением с использованием ацетилена – это альтернативная технология классическим технологиям цементации.

    Преимущества этого процесса по сравнению с газовой цементацией очевидны:

    • Процесс AvaC® обеспечивает высокую скорость переноса углерода с полным исключением окисления поверхности;
    • Процесс легко управляется и даёт исключительно высокие стабильные результаты получения однородного цементированного слоя даже на сложных геометрических поверхностях и глухих отверстиях;
    • Будучи практически экологически чистым просессом, его расходы газа и электроэнергии относительно небольшие, а возможность проведения в той же печи последующей закалки газом высокого давления минимизирует поводки деталей, исключая необходимость в их мойке после закалки;
    • Процесс контролируется и управляется простой в использовании, надёжной и точной системой управления Vacu-Prof®.

    Оснащение вакуумной печи для цементации состоит из :

    • 1 IPSEN программное обеспечение AvaC® эксперт;
    • 1 кориолисовый расходомер C2H2, а также необх. арматуры;
    • 1 внутренняя система распределения технологического газа;
    • 1 регулирование давления во время процесса цементации;
    • 1 механическая насосная система с регулируемой производительностью насоса;
    • 1 специальный фильтр в насосной системе;
    • 1 дополнительный прибор измерения давления для прямого измерения давления технологического газа;
    • N2-предохранительная продувка насосной системы во избежании образования взрывчатой смеси газа/воздуха;

    Печь может быть оборудована для проведения процесса нитроцементации под низким давлением „AvaC®-N“ с применением ацетилена и аммиака.

    • IPSEN программное обеспечение AvaC®-N;
    • регулятор расхода C2H2, а также необх. арматуры;
    • регулятор расхода NH3, а также необх. арматуры;
    • внутренняя, распределительная система технолог. газа компоненты насосной системы стойкие к воздействию NH3;

    Для азотирования нержавеющих сталей применяется процесс SolNit-M®

    Преимущества процесса поверхностного азотирования перед процессом цементации для нержавеющих сталей:

    • отсутствие богатых хромом осаждений, т.е. коррозиеустойчивость (заметный рост);
    • высокая теплостойкость;
    • без окисления поверхности;
    • регулирование содержания азота на поверхности простое регулирование процесса (температура и парциальное давление);
    • недорогой, надёжный технологический газ (N2);
    • малый расход газа за счёт прерывающего потока;
    • одинаковая активность азота по всей поверхности ;
      • гнёзды
      • шлицы
      • опорные поверхности, и т.д.
      • маскирование: трудно

      Ход процесса:

      • Нагрев до рабочей температуры (1050°C-1150°C)путём продувки газом аргон (или под вакуумом)
      • Впуск N2-газа
      • Настройка необходимого pN2
      • Выдержка для необходимой диффузии
      • Закалка
      • Возможно глубокое охлаждение, измельчение зерна и отпуск

      Примеры применения процессов :

      Материал: X14CrMoS17 (1.4104)
      Обработка: SolNit-M: 1150°C
      Глубокое охлаждение:- 80°C
      Отпуск: 150°C
      Твёрдость поверхностного слоя: 655 HV10
      Глубина азотирования: ≈ 0.7 мм

      Материал: 1.4024 X15Cr13
      Обработка: SolNit-M, низко-температурная -40°C,
      отпуск 150°C
      Твёрдость поверхностного слоя: 660 HV2 (58.3 HRC)
      Твёрдость сердцевины: 46 HRC
      Глубина азотирования: ≈ 0.6 мм

      Источник:
      http://www.intech-group.ru/directions/vacuum/vakuumnye_pechi_dlya_cementacii_i_nitrocementacii/

      Все о цементации металла на примере стали

      Цементация, осуществляемая в различных средах и исключительно под воздействием высоких температур, является очень распространенным методом химико-термической обработки металла, успешно применяемым уже не один десяток лет.

      Подготовка деталей для цементации

      Сущность процесса цементации

      Смысл любых методов химико-термической обработки металлов, к числу которых относится и цементация стали, заключается в том, что изделие нагревают до высокой температуры в специальной среде (жидкой, твердой или газообразной). Такое воздействие приводит к тому, что меняется химический состав металла – поверхность обрабатываемого изделия насыщается углеродом, в итоге становится более твердой и износостойкой. Что важно, сердцевина обработанных деталей остается вязкой.

      Добиться желаемого эффекта после такого воздействия на металл можно лишь в том случае, если обработке подвергают низкоуглеродистые стали, в составе которых углерода содержится не более 0,2%. Для того чтобы выполнить цементацию, изделие нагревают до температуры 850–950 градусов Цельсия, а состав среды подбирают таким образом, чтобы она при нагреве выделяла активный углерод.

      Если цементацию стали проводить квалифицированно, можно не только изменить химический состав металлического изделия, но также преобразовать его микроструктуру и даже фазовый состав. В результате удается значительно упрочнить поверхностный слой детали, придать ему характеристики, сходные со свойствами закаленной стали. Для того чтобы добиться таких результатов, необходимо правильно подобрать параметры химико-термической обработки металла – температуру нагрева и время выдержки обрабатываемого изделия в специальной среде.

      Оборудование для вакуумной цементации стали

      Данная технологическая операция является достаточно продолжительной по времени, так как процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом проходит очень медленно (0,1 мм за 60 минут). Учитывая тот факт, что упрочненный поверхностный слой для большинства изделий должен составлять не менее 0,8 мм, можно рассчитать, что на выполнение цементации металла необходимо будет затратить не менее 8 часов. Основными типами сред для выполнения цементации металла (или, как их правильно называют, карбюризаторами) являются:

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

      Наиболее распространенными являются газообразные и твердые карбюризаторы.

      Зависимость толщины цементованного слоя от времени и температуры обработки

      Проведение цементации стали в твердой среде

      Чаще всего для выполнения цементации металла в твердой среде используется смесь, состоящая из углекислого натрия, бария или кальция и березового или дубового древесного угля (70–90%). Перед этим все компоненты такой смеси измельчаются до фракции 3–10 мм и просеиваются, что необходимо для удаления слишком мелких частиц и пыли.

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

      • Компоненты смеси (соль и уголь) тщательно перемешиваются в сухом состоянии. Если пренебречь этим требованием, то после окончания процесса цементации на поверхности изделия могут образоваться пятна.
      • Соль растворяют в воде и полученным раствором поливают древесный уголь, после чего его просушивают до достижения влажности не более 7%.

      Следует отметить, что второй способ предпочтительнее, так как позволяет получить смесь с более равномерным составом.

      Как в производственных, так и в домашних условиях цементация изделий из стали выполняется в ящиках, в которые засыпан карбюризатор. Чтобы улучшить качество поверхностного слоя обрабатываемого металла, а также сократить время, идущее на прогрев ящиков, лучше всего изготавливать их максимально приближенными к размерам и формам деталей.

      Оптимальные условия для протекания цементации стали можно создать, исключив утечку газов, образующихся в карбюризаторе в процессе нагрева. Для этого ящики, у которых должны быть плотно закрывающиеся крышки, тщательно обмазывают огнеупорной глиной перед помещением в печь.

      Естественно, использовать специально изготовленные ящики целесообразно лишь в промышленных условиях. Для цементации металла в домашних условиях применяют ящики стандартных размеров и формы (квадратные, прямоугольные, круглые), подбирая их в зависимости от количества обрабатываемых деталей и внутренних размеров печи.

      Оптимальным материалом для таких ящиков является жаростойкая сталь, но может быть использована и тара из малоуглеродистых сплавов. Технологический процесс цементации изделий из металла выглядит следующим образом.

      Наглядное изображение изменения структуры после цементации

      • Подготовленные для обработки детали укладывают в ящики, пересыпая слоями карбюризатора.
      • Наполненные ящики, обмазанные огнеупорной глиной, помещают в предварительно прогретую печь.
      • Выполняют так называемый сквозной прогрев ящиков с деталями, при котором они нагреваются до температуры 700–800 градусов Цельсия. О том, что ящики хорошо прогрелись, судят по цвету подовой плиты: на ней не должно быть темных пятен в местах соприкосновения с тарой.
      • Температуру в печи поднимают до 900–950 градусов Цельсия. Именно при таких значениях проводят цементацию стали.

      Высокая температура и специальная среда, в которой находится металл, способствуют тому, что происходит диффузия атомов активного углерода в кристаллическую решетку стали. Следует отметить, что выполнение цементации стали возможно в домашних условиях, но часто не позволяет добиться желаемого эффекта. Объясняется это тем, что для процесса цементации необходима длительная выдержка детали при высокой температуре. Как правило, это трудно обеспечить в домашних условиях.

      Цементация деталей в газовой среде

      Авторами данной технологии являются С. Ильинский, Н. Минкевич и В. Просвирин, которые под руководством П. Аносова впервые использовали ее на комбинате в г. Златоусте. Суть данной технологии заключается в том, что обрабатываемые детали из металла нагреваются в среде углеродосодержащих газов, которые могут быть искусственного или природного происхождения. Чаще всего используется газ, который образуется при разложении продуктов нефтепереработки. Такой газ получают следующим способом:

      • нагревают стальную емкость и подают в нее керосин, который при испарении разлагается на смесь газов;
      • состав некоторой части (60%) полученного газа модифицируют (крекирование).

      Полученная смесь и используется для выполнения химико-термической обработки стали.

      Процесс цементации стали

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

      Печи, которые используются для выполнения газовой цементации металла, должны герметично закрываться. На современных производственных предприятиях применяют два основных типа таких печей: методические и стационарные. Сам процесс цементации в газовой среде выглядит следующим образом. Обрабатываемые детали помещают в печь, температуру в которой доводят до 950 градусов Цельсия. В нагретую печь подают газ и выдерживают в нем детали определенное время.

      По сравнению с цементацией стали с использованием твердого карбюризатора, данная технология имеет ряд весомых преимуществ:

      • обеспечение лучших условий для обслуживающего персонала;
      • высокая скорость достижения требуемого эффекта за счет того, что детали в газовой среде могут выдерживаться меньшее количество времени (к тому же не требуется время для приготовления твердого карбюризатора).

      Цементация стали в домашних условиях

      В каких еще средах может проводиться цементация стали

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

      В такой среде можно науглероживать только детали, отличающиеся небольшими размерами. Основывается данный метод на анодном эффекте, благодаря которому и происходит насыщение поверхности металла углеродом, содержащимся в растворе электролита. Для того чтобы 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 (в зависимости от обрабатываемого металла и размеров детали). Для разогрева раствора используют электрический ток с напряжением 150–300 В.

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

      Для науглероживания поверхности металла по данной технологии используются специальные пасты, состоящие из желтой соли, древесной пыли и сажи. Перед обработкой деталь обмазывают такой пастой и просушивают, а только затем нагревают до температуры 910–1050 градусов Цельсия при помощи токов высокой частоты.

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

      Источник:
      http://met-all.org/obrabotka/himicheskaya/vse-o-tsementatsii-metalla-na-primere-stali.html

      Каталог оборудования

      • Вакуумные печи АО «Интек Аналитика»
      • Вакуумные печи для отпуска (ретортные)
      • Вакуумные печи для пайки алюминия
      • Вакуумные печи для проведения закалки в атмосфере нейтрального газа
      • Вакуумные печи для цементации и нитроцементации
      • Высокотемпературные печи до 3000°С
      • Двухкамерные с закалкой в масло и газом
      • Трубчатые печи
    • Вакуумные печи для цементации и нитроцементации

      • Вакуумные печи
      • /
      • Вакуумные печи для цементации и нитроцементации

      Безусловным и неоспоримым преимуществом проведения процессов цементации, нитроцементации и азотирования в вакууме (под парциальным давлением технологического газа) является:

      • Существенное уменьшение времени процесса по сравнению с традиционными (атмосферными) методами, что особенно актуально при большой глубине цементированного слоя ( до 4,5 мм менее чем за 30 часов ). Это возможно благодаря проведению цементации при более высоких температурах ( до 1100 °С ). Такой эффект дает колоссальную экономию энергоресурсов и производственного времени.
      • Повторяемость результатов
      • Не образуется копоти и сажи — проблемы, которые возникают при работе с пропаном
      • Точный контроль глубины цементированного слоя
      • Однородный цементированный слой с высокой концентрацией углерода на всех поверхностях деталей сложной геометрической формы, имеющие сквозные и глухие отверстия.
      • Высокая надежность и долговечность работы всех компонентов оборудования ввиду отсутствия формирования слоя сажи и нагара.

      Для проведения химикотермических процессов ( цементация, азотирование, нитроцементация и газовая закалка 12 бар и более) IPSEN имеет линейку вакуумных печей Ipsen TurboTreater®.

      Концепция Ipsen TurboTreater®

      • ЦИЛЛИНДРИЧЕСКАЯ ЗОНА НАГРЕВА – САДКИ РАЗЛИЧНОЙ ГЕОМЕТРИИ
      • ПРИМЕНЕНИЕ ЗОН НАГРЕВА ИЗ ГРАФИТА ИЛИ МЕТАЛЛА; ОТСУТСТВИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ В ЗОНЕ НАГРЕВА
      • ОРБИТАЛЬНОЕ (360°) ОХЛАЖДЕНИЕ – ОДНОРОДНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
      • ВСТРОЕННАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ – ВЫСОКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
      • СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ С ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ – БЫСТРАЯ ЗАКАЛКА
      • КОМПАКТНЫЙ РАЗМЕР – НЕБОЛЬШАЯ ПЛОЩАДЬ ДЛЯ УСТАНОВКИ
      • УМЕНЬШЕННЫЙ ВНУТРЕННИЙ ОБЪЕМ – НИЖЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ГАЗА

      Типовые размеры вакуумных печей Ipsen TurboTreater®:

      В вакуумных печах Ipsen применяется запатентованный процесс для вакуумной цементации с Ацетиленом — AvaC. Хорошо опробованный процесс AvaC® — цементация под низким давлением с использованием ацетилена – это альтернативная технология классическим технологиям цементации.

      Преимущества этого процесса по сравнению с газовой цементацией очевидны:

      • Процесс AvaC® обеспечивает высокую скорость переноса углерода с полным исключением окисления поверхности;
      • Процесс легко управляется и даёт исключительно высокие стабильные результаты получения однородного цементированного слоя даже на сложных геометрических поверхностях и глухих отверстиях;
      • Будучи практически экологически чистым просессом, его расходы газа и электроэнергии относительно небольшие, а возможность проведения в той же печи последующей закалки газом высокого давления минимизирует поводки деталей, исключая необходимость в их мойке после закалки;
      • Процесс контролируется и управляется простой в использовании, надёжной и точной системой управления Vacu-Prof®.

      Оснащение вакуумной печи для цементации состоит из :

      • 1 IPSEN программное обеспечение AvaC® эксперт;
      • 1 кориолисовый расходомер C2H2, а также необх. арматуры;
      • 1 внутренняя система распределения технологического газа;
      • 1 регулирование давления во время процесса цементации;
      • 1 механическая насосная система с регулируемой производительностью насоса;
      • 1 специальный фильтр в насосной системе;
      • 1 дополнительный прибор измерения давления для прямого измерения давления технологического газа;
      • N2-предохранительная продувка насосной системы во избежании образования взрывчатой смеси газа/воздуха;

      Печь может быть оборудована для проведения процесса нитроцементации под низким давлением „AvaC®-N“ с применением ацетилена и аммиака.

      • IPSEN программное обеспечение AvaC®-N;
      • регулятор расхода C2H2, а также необх. арматуры;
      • регулятор расхода NH3, а также необх. арматуры;
      • внутренняя, распределительная система технолог. газа компоненты насосной системы стойкие к воздействию NH3;

      Для азотирования нержавеющих сталей применяется процесс SolNit-M®

      Преимущества процесса поверхностного азотирования перед процессом цементации для нержавеющих сталей:

      • отсутствие богатых хромом осаждений, т.е. коррозиеустойчивость (заметный рост);
      • высокая теплостойкость;
      • без окисления поверхности;
      • регулирование содержания азота на поверхности простое регулирование процесса (температура и парциальное давление);
      • недорогой, надёжный технологический газ (N2);
      • малый расход газа за счёт прерывающего потока;
      • одинаковая активность азота по всей поверхности ;
        • гнёзды
        • шлицы
        • опорные поверхности, и т.д.
        • маскирование: трудно

        Ход процесса:

        • Нагрев до рабочей температуры (1050°C-1150°C)путём продувки газом аргон (или под вакуумом)
        • Впуск N2-газа
        • Настройка необходимого pN2
        • Выдержка для необходимой диффузии
        • Закалка
        • Возможно глубокое охлаждение, измельчение зерна и отпуск

        Примеры применения процессов :

        Материал: X14CrMoS17 (1.4104)
        Обработка: SolNit-M: 1150°C
        Глубокое охлаждение:- 80°C
        Отпуск: 150°C
        Твёрдость поверхностного слоя: 655 HV10
        Глубина азотирования: ≈ 0.7 мм

        Материал: 1.4024 X15Cr13
        Обработка: SolNit-M, низко-температурная -40°C,
        отпуск 150°C
        Твёрдость поверхностного слоя: 660 HV2 (58.3 HRC)
        Твёрдость сердцевины: 46 HRC
        Глубина азотирования: ≈ 0.6 мм

        Источник:
        http://www.intech-group.ru/directions/vacuum/vakuumnye_pechi_dlya_cementacii_i_nitrocementacii/

        Особенности цементации металлов

        Во время изготовления металлических конструкций приходится прибегать к различным методам химико-термической обработки. Среди них достаточно распространенным является цементация стали. Этот способ примечателен тем, что может применяться в разных средах при относительно высоких температурах рабочей среды.

        Процесс цементации металла — общие сведения

        Химико-термическая обработка или цементация, это процедура, при которой на изделия воздействуют высокой температурой при помещении их в жидкую, газовую или твёрдую среду, что делается для придания им измененного химического состава. Причем этот эффект обеспечивает насыщение углеродом поверхностного слоя обрабатываемых объектов. Благодаря такой обработке можно обеспечить изделиям высокие характеристики устойчивости к износу и повышенную твердость. Примечательно то, что сердцевина этих деталей сохраняет свою начальную вязкость.

        Эффективность метода цементации наблюдается при условии, что работа проводится с низкоуглеродистыми сталями, в составе которых доля углерода не превышает значения 0,2%. Термическая обработка обеспечивает насыщение поверхностного слоя деталей, причем для этого их помещают в специально подобранную среду, которая может легко выделить активный углерод, где поддерживается температура в диапазоне от 850 до 950 градусов Цельсия.

        Создание подобных условий обработки позволяет изменять помимо химического состава обрабатываемых элемента и микроструктуру вместе с фазовым составом. Положительный эффект от такой обработки заключается в повышении прочности, в результате по характеристикам такая деталь не отличается от изделий, прошедших операцию закалки. Для достижения наилучших результатов особое внимание следует уделить грамотному расчету времени, в течение которого деталь должна выдерживаться в создаваемой среде, а также подбору температуры цементации.

        Особенностью цементации стали является то, что на эту процедуру уходит достаточно много времени. Чаще всего процесс насыщения поверхности и придания ей специальных свойств проходит со скоростью около 0,1 мм за один полный час выдержки. Многие элементы нуждаются в создании упрочненного слоя толщиной более 0,8 мм, что позволяет говорить о том, что на эту обработку придется потратить как минимум 8 часов. На текущий момент технология цементации металла предусматривает использование нескольких сред:

        • газовые;
        • пастообразные;
        • твердые;
        • растворы электролитов;
        • кипящий слой.

        Обычно при выборе среды для обработки металла используют газовые и твёрдые карбюризаторы.

        Цементация металла в твердой среде

        В качестве материала для твердого карбюризатора используется смесь углекислого натрия, бария или кальция с древесным углем, который необходимо применять в измельченном виде, представленном фракциями размером порядка 3-10 мм. Причем обязательно эту основу необходимо просеять, чтобы убрать пыль. Обязательной процедурой, которой подвергаются соли, является измельчение с целью придания им порошкообразного состояния, после чего эту массу просеивают через сито.

        Для создания смеси могут применяться два основных способа:

        • В качестве основных компонентов используется сухая соль и уголь, которые необходимо основательно перемешать друг с другом, тем самым удастся снизить до минимума риск появления пятен во время химико-термической обработки стали;
        • На подготовленный древесный уголь нужно лить соль, предварительно смешанную с водой до растворения. Далее созданную на основе этих компонентов массу необходимо поместить для высушивания, причем оптимально, когда влажность смеси не превышает 7%.

        Из этих методик наиболее предпочтительной является вторая ввиду ее более высокого качества. Это проявляется в том, что с ее помощью можно создать более равномерную смесь для насыщения поверхности углеродом. В составе готового карбюризатора на долю древесного угля приходится порядка 70-90%, а остальное занимает углекислый кальций и углекислый барий.

        Для проведения твердой цементации применяют ящики, куда помещают карбюризатор. Лучше всего использовать ящик, соответствующий форме обрабатываемых изделий. Дело в том, что это поможет улучшить качество цементированного слоя, при этом удастся сократить до минимума время, которое требуется для прогрева тары. Важно позаботиться об отсутствии утечки газов: эту проблему решают путем замазывания ящиков глиной, а затем накрывают сверху герметичными крышками.

        Важным моментом является и то, что прибегать к рассматриваемому варианту создания для непосредственного использования тары специальной формы имеет смысл в тех случаях, когда необходимо обработать посредством химико-термического метода большое количество деталей. Наибольшее распространение получили ящики, имеющие стандартную форму, которые различаются геометрическими размерами. Это дает возможность подбирать из них наиболее оптимальный вариант, который в наибольшей степени учитывает количество обрабатываемых изделий и размеры печи.

        Обычно ящики изготавливают на основе малоуглеродистой или жаростойкой стали. Причем при выполнении обработки деталей при помощи твердого карбюризатора придерживаются следующей схемы:

        • Нуждающиеся в насыщение углеродом детали следует разместить с чередованием в ящике, заполненном заранее приготовленной смесью;
        • Далее готовят к работе печь, для чего ее прогревают до температуры 900-950 градусов, затем туда размещается рабочая тара;
        • Сама операция по прогреву ящика выполняется при температуре от 700 до 800 градусов. Определить, что ящики прогрелись достаточно, можно по подовой плите, которая должна иметь однородный цвет;
        • На заключительном этапе температуру печи увеличивают до отметки 900-950 градусов Цельсия.

        Создание указанного температурного режима обеспечивает условия для проникновения диффузии в кристаллическую структуру металла активного углерода. Теоретически этот метод может применяться и для химико-термической обработки зданий, причем отдельные мастера способны справиться с этой задачей и своими силами. Однако в плане эффективности подобная обработка, проводимая в домашних условиях, отличается довольно невысокой эффективностью, причиной чего является долгая обработка и необходимость в создании высокого температурного режима.

        Газовая цементация

        Авторами теоретических материалов, в которых раскрывается суть подобной цементации, являются С. Ильинский, Н. Минкевич и В. Просвирин. При этом первый опыт практического воплощения имел место на Златоустовском комбинате, где всеми работами руководил П. Аносов.

        Особенностью этого метода является использование среды углеродсодержащих газов, в качестве основного рабочего оборудования выступают герметичные нагревательные печи. Среди известных искусственных газов чаще всего используют состав, являющийся результатом разложения нефтепродуктов. Технология его изготовления предусматривает проведение нескольких этапов:

        Необходимо взять стальную емкость, нагреть ее и заполнить керосином, далее же приступают к выполнению процесса пиролиза, подразумевающего разложение керосина на смеси газов;

        Определенную часть пиролизного газа (примерно 60%) подвергают крекированию, суть которого сводится к изменению состава.

        Смесь крекированного газа и чисто пиролизного выступает основой, при помощи которой выполняется химико-термическая обработка, обеспечивающая обогащение углеродом. Заниматься выработкой крекированного газа приходится по той причине, что в случае применения одного пиролизного состава глубина цементирования стали оказывается небольшой, при этом обрабатываемые детали покрываются большим количеством сажи, которую сложно убрать.

        В качестве оборудования для выполнения газовой цементации используются конвейерные печи непрерывного действия или же стационарные агрегаты. Детали, которым необходимо придать более прочные характеристики, кладут в муфель печи, а после закрытия доводят температуру внутри до отметки 950 градусов. Далее начинают подавать туда подготовленный газ. Из плюсов этой процедуры, которая отличается на фоне обработки изделий при помощи твердого карбюризатора, необходимо выделить следующие:

        • создание более комфортных условий для персонала;
        • сокращение времени, необходимого на выполнение обработки, что достигается благодаря уменьшению срока выдерживания деталей и отсутствию необходимости в длительном приготовлении карбюризатора на основе угля.

        Цементация в менее популярных карбюризаторах

        В ситуации, когда приходится подвергать химико-термической обработке стали 20, 15, а также легированные стали с низким содержанием углерода, допускается использовать следующие карбюризаторы.

        Раствор электролита

        Суть подобного метода сводится к использованию анодного эффекта, за счет которого можно обогатить при помощи многокомпонентных электролитов углерода изделия, характеризующиеся небольшими размерами. Обработка этих деталей требует создания температурного режима в диапазоне 450-1050 градусов и напряжения 150-300 В. Обязательной операцией является введение в электролит сахарозы, ацетона, глицерина, а также отдельных веществ, имеющих в своем составе углерод.

        Кипящий слой

        По своей структуре он имеет вид восходящего потока метана и эндогаза, который «пронзает» мелкие частицы корунда, распределяемые на печной газораспределительной решетке.

        Применение подобного карбюризатора для обработки изделий подразумевает создание на поверхности стальной детали, нуждающейся в обогащении углеродом, слоя пасты, ее последующее просушивание и нагрев током высокой или промышленной частоты. Стоит заметить, что одной цементацией обработку детали не следует заканчивать. Рекомендуемой здесь операцией является термообработка стали в виде отпуска. Также положительный эффект достигается и посредством шлифования металла.

        Заключение

        Довольно часто определенным конструкциям требуется придать повышенные характеристики прочности, чтобы они смогли успешно выполнять задачу, которая перед ними ставится. Решается же это путем использования различных методов обработки, среди которых достаточно эффективным является цементация металла. При этом для получения необходимого результата нужно учитывать важные особенности этого процесса.

        Помимо грамотного подбора рабочей среды, для цементации металла важно в точности следовать технологии проведения подобной обработки. Ведь малейшая ошибка способна негативно повлиять на химический состав изделия, что в дальнейшем может уменьшить срок службы конструкции, в составе которой оно будет применяться. По этой причине важно уделять внимание каждому моменту, не допуская отклонений от действующих норм и правил относительно проведения химико-термической обработки металлических деталей.

        Источник:
        http://stanok.guru/metalloobrabotka/himicheskaya-obrabotka/osobennosti-cementacii-metallov.html

        Цементация металла

        Цементация металла — это технологический процесс, заключающийся в диффузионном насыщении поверхности стали углеродом. Цементация способствует повышению таких показателей как твердость и износоустойчивость обработанного материала. Существует несколько методов проведения цементации: в твердом карбюризаторе (с помощью древесного угля или кокса); в газовом (газообразном) карбюризаторе (с помощью специальных газов); в кипящем слое (эндогазом с добавлением метана); в электролитах (с использованием глицерина, ацетона и др.); в пастах.

        Предприятия в Московской области

        ООО «ПРОФТЕХСТАНДАРТ»

        Московская обл., Мытищинский район, д. Красная Горка, ул. Школьная, д. 38

        ООО ПКФ «МОНОЛИТ»

        Московская обл., г. Москва, Рязанский проспект, д. 8А

        Московская обл., г. Подольск, мкрн. Климовск, ул. Заводская, д. 2

        ООО «Стимул»

        Московская обл., Ленинский район, пгт. Горки Ленинские, промзона Технопарк

        АО «Ногинский завод топливной аппаратуры»

        Московская обл., г. Ногинск, ул. Индустриальная, д. 41

        ООО ПЦ «МК Совсантех»

        Московская обл., г. Сергиев Посад, пр. Красной Армии, д. 212В, корп. 8

        ООО «Про-дакт»

        Московская обл., Раменский район, д. Минхево, ул. Новая, уч. 40

        ИП Присягин В. А.

        Московская обл., Ленинский городской округ, д. Апаринки, вл. 10

        ООО «Солнечногорский Центр Термообработки»

        Московская обл., г. Солнечногорск, ул. Революции, д. 3, стр. 1, пом. 85

        ООО «Термохим»

        Московская обл., г. Москва, Остаповский проезд, д. 13

        ООО «ОДВ СЕРВИС»

        Московская обл., г. Москва, Каширское шоссе, д. 17, корп. 5, стр. 2

        «Не нашли подходящего исполнителя? Разместите заказ
        на портале и получайте предложения от предприятий уже сегодня.
        Это бесплатно и не займет много времени»

        Цементация в соседних регионах

        Посмотрите информацию о предприятиях, которые оказывают услугу «Цементация» в соседних регионах. Возможно вы найдете подходящего исполнителя среди них.

        Цементация

        Цементация – вид химико-термической обработки металла, который представляет собой насыщение углеродом поверхности изделия. Цементация необходима для улучшения некоторых свойств и изменения характеристик детали. Этот вид обработки металла имеет следующие характеристики: глубина и степень.

        Виды цементации

        Существует несколько способов цементации:

        • В твёрдой среде (в этом случае используется древесный уголь или кокс), достоинство: подходит для небольшого производства;
        • В газовой среде (здесь применяют газы, содержащие углерод, а глубина зависит от температуры нагрева и времени выдержки), достоинство: скорость;
        • В кипящем слое (проходит в гетерогенной системе), достоинство: уменьшение деформации изделия;
        • В растворах электролитов (в основе лежит анодный эффект), достоинство: увеличение устойчивости к коррозии;
        • В вакууме (деталь оказывается в холодной печи, где сначала создают вакуум, а потом нагревают), достоинство: не образуются окислы;
        • В пастах (на поверхность наносят специальные материалы в виде пасты), достоинство: подходит для деталей со сложной структурой.

        Цементованный слой имеет разную структуру углерода по всей толщине. Это позволяет различить три зоны, они находятся друг за другом от поверхности к сердцевине. После цементации изделие проходит обязательную термообработку, чтобы снять внутренние напряжения. Отличительная особенность метода цементации в том, что с его помощью даже стали с низким содержанием углерода, можно использовать для изготовления необходимых деталей. Это повышает прочность изделий, но позволяет оставить вязкой сердцевину. Тем не менее не всегда можно использовать цементацию.

        Применение на производстве

        После цементации изделие становится более прочным и служит дольше, кроме того, снижается коррозия, и увеличивается устойчивость к напряжению.

        «Если вы не можете определиться, что нужно, лучше всего обратиться к специалистам, они помогут и подскажут, что подойдёт именно в вашем случае. Также смогут проконсультировать относительно сроков выполнения заказа, расскажут о достоинствах, и возможных недостатках. Если вы хотите изменить или улучшить свойства ваших изделий, обратитесь к нам. У нас большой выбор предприятий, которые работают с разными видами цементирования и имеют многолетний положительный опыт в этой сфере» – Кирилл Калинин, портал “Металлообработчики”.

        Портал «Металлообработчики»
        в Московской области

        Источник:
        http://msk.metalloobrabotchiki.ru/service/cementaciya