Для чего нужна цементация? Основные способы цементации. Технологические параметры и нюансы процесса цементации.

Цементация стали это процесс химико-термической обработки, при котором изделие нагревают до высокой температуры (900-980⁰С) в специальной среде (газообразной, жидкой или твёрдой), которая называется карбюризатором. Из этой среды выделяется атомарный углерод, которым насыщается поверхностный слой изделия. Цементации подвергаются только низкоуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,2% углерода. На практике цементации подвергаются низкоуглеродистые стали (Ст15, Ст20), низколегированные хромистые стали (Ст15Х, Ст20Х), а также легированные хромоникелевые (Ст20ХН3А, Ст20Х2Н4А) или хромомарганцевые стали (Ст18ХГТ). Углеродистые и низколегированные стали применяют для изготовления малонагруженных деталей. Хромоникелевые и хромомарганцевые стали используют для изготовления тяжелонагруженных и ответственных деталей (зубчатые колёса, червяки и т.д.)

После цементации заготовка приобретает поверхностный слой с высоким содержанием углерода, а содержание углерода в сердцевине остается неизменным. Содержание углерода в поверхностном слое достигает 1,2%. После цементации изделие подвергается объёмной закалке (820-840⁰С), вследствие которой поверхностный слой (из-за большого содержания углерода) становиться твёрдым и износостойким, а сердцевина остается вязкой. После закалки изделие подвергается низкому отпуску (250⁰-300⁰С) для снятия остаточных напряжений. Стоит отметить, что технологическая последовательность операций (цементация – закалка – низкий отпуск), может быть изменена в зависимости от марки стали. К примеру, в некоторых случаях (случай описан далее) между цементацией и закалкой выполняют высокий отпуск.

Глубина цементированного слоя может достигать 2мм, а твердость поверхности изделия примерно 56…62HRC. Для контроля глубины цементированного слоя используют специальные образцы, которые называются свидетелями. При цементации эти образцы помещаются в печь вместе с изделием. После термообработки их разрезают и измеряют расстояние от поверхности до видимой границы цементированного слоя.

В зависимости от используемого карбюризатора (среды выделяющей углерод) существуют следующие способы цементации:

- цементация в твёрдом карбюризаторе;
- цементация в газовой среде;
- цементация в кипящем слое;
- цементация в растворе электролита;
- цементация в пастах.

В современном производстве наибольшее распространение получили способы цементации в твёрдом карбюризаторе и цементации в газовой среде. Причём цементация в твердом карбюризаторе используется только в единичном производстве. Цементация в газовой среде считается наиболее оптимальным и технологическим способом. Благодаря чему этот способ широко используется в серийном и крупносерийном производстве. Остальные способы цементации применяются довольно редко. Рассмотрим все способы более детально.