Что такое цементация металла


Цементация стали: цель, технология процесса, режимы

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.

Цементация стали

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:

2СО=СО2+С

СН4=2Н2+С

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.

Что такое науглероживание?

Науглероживание - это процесс обработки металла, при котором на поверхность металла с низким содержанием углерода добавляется углерод, что увеличивает твердость металла. Металл нагревают при повышенной температуре в атмосфере, богатой углеродом. Тепло заставит атомы углерода проникнуть в металлическую поверхность. Процесс осуществляется ниже точки плавления науглероживаемого металла. Существует пять методов науглероживания: насадка, газ, жидкая ванна, вакуум и плазма.

Человек с дрелью

При науглероживании пакетов используется печь для нагрева подлежащих науглероживанию металлических деталей, которые упакованы внутри контейнера с достаточным количеством углеродного порошка.Процесс нагрева длится от 12 до 72 часов при высокой температуре. Отмечено, что этот метод медленный по сравнению с другими методами и имеет неэффективность нагрева из-за сложности поддержания постоянной температуры.

Науглероживание газом происходит по той же процедуре, что и при науглероживании пакетом.Однако он подает в печь окись углерода (CO) для улучшения диффузии, чего не делают в методе насадки. Этот процесс имеет проблемы с безопасностью, потому что CO - это отравляющий газ, не имеющий запаха и цвета, и его могут вдыхать люди, работающие на заводе. Газовый метод предпочтителен при науглероживании больших объемов металла.

В методе жидкой ванны металлические части погружаются в расплав соли с большим содержанием углерода.Цианид (CN), который является смертельным ядом, ранее использовался в качестве основного компонента в жидкой ванне. Его заменили нетоксичные компоненты ванны, которые могут достичь тех же результатов науглероживания, что и цианид.

Для вакуумного метода требуется нагревательная среда, не содержащая кислорода, которая науглероживает металл при низких давлениях.В методе используется печь сложной конструкции из одного компонента для создания богатой углеродом среды - метана (Ch5). Бескислородная среда позволяет температуре значительно повышаться, тем самым увеличивая растворимость углерода и скорость диффузии. Процесс не вызывает окисления поверхности.

В плазменном методе для нагрева металла используется вакуумная печь.Когда металл достигает температуры, подходящей для обработки, в печь подают инертный газ, содержащий углеводородные газы, такие как Ch5. Между металлом и печью вводится высокое постоянное напряжение для генерации тлеющего разряда, который вызывает электрохимическую реакцию между газовым ионом и плазмой постоянного тока для науглероживания.

При выборе метода науглероживания необходимо руководствоваться социальными и экономическими соображениями.Метод должен быть экологически чистым и не должен наносить вред здоровью рабочих и общества. Это также должно быть рентабельным.

.

Науглероживание - инженерные материалы и металлургия. Вопросы и ответы

перейти к содержанию Меню
  • Дом
  • разветвленных MCQ
    • Программирование
    • CS - IT - IS
      • CS
      • IT
      • IS
    • ECE - EEE - EE
      • ECE
      • EEE
      • EE
    • Гражданский
    • Механический
    • Химическая промышленность
    • Металлургия
    • Горное дело
    • Приборы
    • Аэрокосмическая промышленность
    • Авиационная
    • Биотехнологии
    • Сельское хозяйство
    • Морской
    • MCA
    • BCA
  • Тест и звание
    • Тесты Sanfoundry
    • Сертификационные испытания
    • Тесты для стажировки
    • Занявшие первые позиции
  • Конкурсы
  • Стажировка
  • Обучение
.

Науглероживание и упрочнение - Metlab of Wyndmoor PA

(нажмите на миниатюру, чтобы увеличить)

1.) Вал двойной спиральной шестерни 19 000 фунтов, науглероженный до эффективной глубины корпуса 0,250 дюйма, закаленный в 20 000 галлонов перемешиваемого теплого масла. Шестерня была подвергнута термообработке вертикально одной из двух Metlab 54 дюйма диаметром 180 дюймов печи с глубоким шахтным карьером.Его контрольно нагревали до 1750 ° F, выдерживали при температуре почти 200 часов, затем медленно охлаждали, повторно нагревали до температуры закалки, закалку, отпуск, глубокую заморозку и повторный отпуск.

Науглероживание

2.) 26 000 фунтов плоской проволоки из низкоуглеродистой стали подготавливаются для сфероидального отжига. Отжиг сфероидальной формы - это промежуточный этап обработки, позволяющий катать проволоку до меньшего калибра без образования трещин.

Науглероживание

Науглероживание | Удобства

Науглероживание

Науглероживание, также называемое упрочнением, представляет собой процесс термообработки, при котором образуется поверхность, устойчивая к износу, при сохранении ударной вязкости и прочности сердечника.Эта обработка применяется к деталям из низкоуглеродистой стали после механической обработки, а также к подшипникам, шестерням и другим компонентам из высоколегированной стали.

Науглероживание увеличивает прочность и износостойкость за счет диффузии углерода в поверхность стали, образуя каркас, сохраняя при этом значительно меньшую твердость в сердечнике. Эта обработка применяется к низкоуглеродистой стали после механической обработки.

Прочные и очень твердые детали сложной и сложной формы могут быть изготовлены из относительно недорогих материалов, которые легко подвергаются механической обработке или формованию перед термообработкой.

Большая часть науглероживания осуществляется путем нагрева компонентов в шахтной печи или печи с герметичной атмосферой и введением науглероживающих газов при определенной температуре. Науглероживание газом позволяет точно контролировать как температуру процесса, так и атмосферу науглероживания (углеродный потенциал). Науглероживание - это процесс время / температура; науглероживающая атмосфера вводится в печь на необходимое время для обеспечения правильной глубины корпуса. Углеродный потенциал газа можно снизить, чтобы обеспечить диффузию, избегая избытка углерода в поверхностном слое.

После науглероживания изделие либо медленно охлаждается для последующего закалочного упрочнения, либо закаливается непосредственно в масло. Выбор закалки производится для достижения оптимальных свойств с приемлемыми уровнями изменения размеров. Для минимальной деформации можно использовать закалку в горячем масле, но ее применение может быть ограничено требованиями к прочности продукта. В качестве альтернативы кольца подшипников могут быть подвергнуты закалке под давлением для сохранения допусков на их размеры, что сводит к минимуму необходимость чрезмерного шлифования после термообработки.В некоторых случаях продукт подвергается отпуску, затем криогенно обрабатывается для преобразования остаточного аустенита в мартенсит, а затем повторно отпускается.

Metlab может науглероживать и упрочнять шестерни и другие компоненты, которые достаточно малы, чтобы их можно было держать в руке, до 14 футов в диаметре и 16 футов в высоту, а их вес составляет до 50 000 фунтов. Мелкие корпуса только 0,002–0,005 дюйма и глубокие корпуса до 0,350 дюйма были определены и легко достигаются.

Закалочный пресс, расположенный на предприятии, позволяет контролировать размеры, что обеспечивает точную закалку шестерен и подшипников диаметром до 16 дюймов.


Услуги

Газовая науглероживание / карбонитрирование (1500 ° - 1850 ° F)

Максимальные размеры нагрузки

  • Шахтная печь - диаметр 180 дюймов, высота 144 дюйма
  • Шахтная печь - диаметр 144 дюйма, высота 96 дюймов
  • Шахтная печь - диаметр 36 дюймов, высота 60 дюймов
  • Шахтная печь (2) - диаметр 54 дюйма, высота 180 дюймов
  • Колпаковые печи (4) - диаметр 72 дюйма, высота 84 дюйма
  • Интегральные закалочные печи в масле - 24 x 36 x 24 дюйма в высоту, 18 x 24 x 18 дюймов в высоту
  • Низ кабины - 78 дюймов в ширину, 78 дюймов в высоту и 192 дюйма в длину
  • Печь с вращающимся подом и закалка под прессом - Детали диаметром до 16 дюймов

наверх

.

Что такое металлическая обработка и как она работает?

Быстро осмотритесь, и вы, скорее всего, найдете один или несколько предметов, в состав которых входит какой-либо тип металла - начиная с компьютера, на котором вы читаете этот пост! Металл играл ключевую роль в нашей жизни на протяжении тысячелетий, и он был важным компонентом практически во всех технологических инновациях. Подумайте о том, насколько другой была бы наша жизнь без автомобилей, ювелирных изделий, зубных пломб, гаек и болтов и всех других металлических изделий, которые мы используем сегодня.

Есть десятки металлов, которые мы используем в той или иной форме на регулярной основе. Примеры включают медь, олово, цинк, свинец и никель, а также относительно редкие «драгоценные» металлы, такие как золото, серебро, платина и палладий. Все это природные элементы, которые извлекаются из земной коры. У каждого есть свои отличительные свойства, которые полезны для человека. Однако каждому типу металла присущи недостатки, которые необходимо улучшить, чтобы максимально увеличить их полезность. Вот где в игру вступает промышленная обработка металла.

Что такое промышленная обработка металла?

Обработка металла - это всеобъемлющий термин, используемый для описания процесса нанесения металлического покрытия определенного типа на поверхность металлической детали, обычно называемой подложкой. Это также может включать в себя осуществление процесса очистки, полировки или иного улучшения поверхности. Обработка металлов часто состоит из гальваники, то есть процесса осаждения ионов металла на подложку с помощью электрического тока. Фактически, отделка металлом и металлизация иногда используются как взаимозаменяемые.Однако отрасль обработки металлов включает в себя широкий спектр процессов, каждый из которых предлагает свои преимущества для пользователей.

Промышленная обработка металла может служить многим полезным целям, в том числе:

  • Ограничение воздействия коррозии
  • Служит в качестве грунтовочного слоя для улучшения адгезии краски
  • Укрепление основания и повышение износостойкости
  • Снижение эффекта трения
  • Улучшение внешнего вида детали
  • Повышение паяемости
  • Создание электропроводящей поверхности
  • Повышение химической стойкости
  • Очистка, полировка и устранение дефектов поверхности

Давайте подробнее рассмотрим, как работает отделка металла, изучив некоторые из наиболее часто используемых промышленных процессов отделки металла.

Что такое гальваника?

Гальваника, также известная как электроосаждение, включает нанесение металла или металлического сплава на поверхность подложки. Электрический ток проходит через жидкость (называемую «ванной»), которая содержит растворенные ионы металла и подложки. Объект служит катодом и притягивает ионы металла, находящиеся в гальванической ванне. Перед нанесением покрытия часто используется процесс предварительной обработки, который обычно включает очистку, ополаскивание и удаление покрытия.Обычные методы нанесения гальванических покрытий в массе включают гальваническое покрытие на стойке, когда части прикрепляются к зажимному приспособлению, и гальваническое покрытие цилиндра, когда многочисленные более мелкие детали помещаются внутрь бочкообразной клетки.

В дополнение к металлическому

.

Смотрите также