Цементация: преимущества, процесс, виды и применение

Металлы, используемые для изготовления деталей, упрочняются различными способами. Необходимость упрочнения этих металлов диктуется требованиями применений, чтобы металлические детали оставались долговечными и прочными. Если вы хотите узнать о цементации, читайте руководство ниже.

Обзор цементации

Что такое цементация?

Цементация — это метод термической обработки, при котором металлическое изделие приобретает твёрдость наружного слоя, тогда как внутренняя часть остаётся мягкой. На поверхности создаётся упрочнённый слой, который делает её устойчивой к усталости и износу.

Для цементации обычно применяют низкоуглеродистую сталь или железо. Используемый материал определяет качество, требуемое конечным продуктом. Существует несколько методов цементации, среди которых азотирование, нитроцементация, науглероживание и цианирование.

Назначение цементации

Цементация — это метод обработки материала, который делает его наружную поверхность твёрдой, а внутреннюю часть — мягкой. На детали создаётся тонкий упрочнённый слой, повышающий её прочность.

Цементация повышает усталостную прочность металла, делает его вязким и износостойким. Цементация также повышает эксплуатационные характеристики детали и её свариваемость.

Преимущества цементации

Процесс цементации имеет ряд преимуществ, которые приведены ниже:

• Стойкость деталей повышается за счёт нанесения слоя твёрдого материала, что делает их долговечными.
• Твёрдый верхний слой на детали делает её пригодной для механической обработки в применениях с высоконагруженными деталями.
• Цементация делает детали устойчивыми к разрушению и растрескиванию, а также обеспечивает их свариваемость.
• На поверхность наносится заданный слой, который повышает стойкость к коррозии.
• Цементация улучшает внешний вид стали, придавая ей глянцевый блеск.

Недостатки цементации

У цементации, помимо преимуществ, есть и недостатки. Некоторые из минусов этого процесса приведены ниже:

• Процесс дорогостоящий и требует опыта и специального инструмента.
• В процессе наблюдается разброс твёрдости, что влияет на прочность металла. Металл может деформироваться в ходе процесса.
• Также возрастает риск растрескивания и скалывания, что влияет на срок службы металла.
• При неправильном выполнении процесса повышается склонность металла к коррозии.

Процесс цементации

Процесс цементации можно выполнить в четыре этапа, которые приведены ниже:

Активация

Удаляется пассивный оксидный слой, который препятствует диффузии углерода и азота на поверхности стали, и поверхность активируется.

Нанесение покрытия

На активную поверхность затем наносится слой углерода или азота, что улучшает диффузию.

Диффузия

Стальную деталь нагревают при температуре выше 900 градусов Цельсия в течение многих часов в среде, богатой азотом и углеродом. Затем сохраняется слой упрочнённой стали, чтобы атомы углерода и азота проникали на поверхность.

Упрочнение

Деталь, прошедшую цементацию, подвергают отпуску и закалке для улучшения механических характеристик.

Виды методов цементации

Для цементации стали можно выбрать различные методы, которые рассмотрены ниже.

Нагрев и закалка

Для достижения определённых свойств материала, например твёрдости, применяется процесс нагрева и закалки. Это метод термической обработки, при котором металл сначала нагревают до высокой температуры, а затем охлаждают в жидкости. В результате такого нагрева и охлаждения металлы упрочняются, а их структурные характеристики изменяются.

Науглероживание

Низкоуглеродистая сталь — это в основном металл, который подвергается цементации. Процесс включает нагрев металла в среде с углеродом, что способствует образованию слоя на поверхности металла. Существуют различные методы цементации, которые придают коррозионную стойкость, прочность и износостойкость.

Азотирование

Азотирование — это процесс, который обычно выбирают для низколегированных марок стали. Эти металлы нагревают в среде с азотом; иногда азот вводят посредством электрического разряда. Существуют различные процессы азотирования, и оно повышает стойкость к трению, твёрдость и прочность.

Цианирование

Процесс цианирования включает нагрев железного сплава в цианистой соли, и поверхность сплава поглощает азот и углерод. После цианирования следует отпуск и закалка для достижения требуемой вязкости.

Нитроцементация

Нитроцементация — это процесс, при котором металл нагревают в присутствии азота и углерода, и эти два элемента внедряются в поверхность металла. Это приводит к поверхностной закалке. Нитроцементация наделяет компонент износостойкостью и твёрдостью.

Ферритное нитроцементирование

Ферритное нитроцементирование повышает твёрдость различных типов железа, легированных сталей и их металлов. Компоненты сначала очищают, а процесс проводят в ферритной фазе. Температура составляет около 570 градусов Цельсия, и слой углерода и азота диффундирует на поверхности.

Какие типы металлов можно подвергать поверхностной закалке?

Существуют различные типы металлов, которые можно подвергать поверхностной закалке, и некоторые из них следующие:

Низкоуглеродистая сталь

Низкоуглеродистая сталь насыщается углеродом при высокой температуре, и содержание углерода в ней составляет от 0,1 до 0,25%. Когда углерод диффундирует на поверхности стали, содержание углерода увеличивается, делая её твёрже. Внутренний сердечник низкоуглеродистой стали пластичен, а внешний — твёрдый, обеспечивая стойкость к износу и коррозии.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь упрочняется путём введения в неё азота и углерода при высокой температуре. Таким образом поверхность нержавеющей стали твердеет, а коррозионная стойкость остаётся высокой.

Чугун

Чугун также упрочняется с помощью процесса поверхностной закалки, при котором азот и углерод вводятся при высокой температуре, чтобы поверхность стала твёрдой. Процесс поверхностной закалки также повышает износостойкость металла.

Высокоуглеродистая сталь

При поверхностной закалке высокоуглеродистой стали важны некоторые меры предосторожности. Внутренний сердечник необходимо предварительно защитить, и эти сплавы должны нагреваться при высоких температурах. После нагрева следует вводить не слишком много углерода, что делает внутренний слой пластичным, а внешний — твёрдым.

Инструментальная сталь

Инструментальная сталь упрочняется путём введения элементов и последующей закалки. Углерод, используемый в процессе поверхностной закалки, влияет на твёрдость, после чего также применяется тщательная закалка.

Типичные области применения поверхностной закалки

Области применения, где рассматривается поверхностная закалка, следующие:

• Распределительные валы
• Станки
• Режущие инструменты
• Аэрокосмические детали
• Кузнечный пресс
• Штанги
• Оборудование для прокатки металла
• Автомобильные детали

Заключение

Поверхностная закалка по-разному улучшает механические свойства металлов и делает их пригодными для различных применений. Если вы хотите выполнить поверхностную закалку своих компонентов, мы в DEK можем предложить вам эту услугу. Мы предлагаем различные методы поверхностной закалки и выбираем их в соответствии с природой вашего материала и требованиями применения.

Часто задаваемые вопросы

Какова температура поверхностной закалки?

Температура поверхностной закалки составляет от 871 до 954 градусов Цельсия.

Как происходит поверхностная закалка при сушке?

Поверхностная закалка при сушке происходит, когда внешний поверхностный слой металла высыхает быстрее внутреннего.

Как удалить оксидное покрытие с закалённых деталей?

Дробеструйная обработка — распространённый процесс, помогающий удалить слой оксида с закалённых деталей.

Как измеряется твёрдость после поверхностной закалки?

Твёрдость измеряется различными методами, такими как испытания по Кнупу, Виккерсу, Роквеллу и Бринеллю. Выбор метода зависит от таких факторов, как требуемая точность, тип материала и глубина упрочнения.