Индивидуальности цементации металлов

Во время производства железных конструкций приходится прибегать к разным способам химико-термической обработки. Посреди их довольно всераспространенным является цементация стали. Этот метод примечателен тем, что может применяться в различных средах при относительно больших температурах рабочей среды.

Процесс цементации металла — общие сведения

Химико-термическая обработка либо цементация, это процедура, при которой на изделия действуют высочайшей температурой при помещении их в водянистую, газовую либо твёрдую среду, что делается для придания им модифицированного хим состава. При этом этот эффект обеспечивает насыщение углеродом поверхностного слоя обрабатываемых объектов. Благодаря таковой обработке можно обеспечить изделиям высочайшие свойства стойкости к износу и завышенную твердость. Броско то, что сердцевина этих деталей сохраняет свою исходную вязкость.

Эффективность способа цементации наблюдается при условии, что работа проводится с низкоуглеродистыми сталями, в составе которых толика углерода не превосходит значения 0,2%. Тепловая обработка обеспечивает насыщение поверхностного слоя деталей, при этом для этого их помещают в специально подобранную среду, которая может просто выделить активный углерод, где поддерживается температура в спектре от 850 до 950 градусов Цельсия.

Создание схожих критерий обработки дозволяет изменять кроме хим состава обрабатываемых элемента и микроструктуру вкупе с фазовым составом. Полезный эффект от таковой обработки заключается в повышении прочности, в итоге по чертам таковая деталь не различается от изделий, прошедших операцию закалки. Для заслуги лучших результатов особенное внимание следует уделить грамотному расчету времени, в течение которого деталь обязана выдерживаться в создаваемой среде, также подбору температуры цементации.

Индивидуальностью цементации стали будет то, что на эту функцию уходит довольно много времени. Почаще всего процесс насыщения поверхности и придания ей особых параметров проходит со скоростью около 0,1 мм за один полный час выдержки. Почти все элементы нуждаются в разработке упрочненного слоя шириной наиболее 0,8 мм, что дозволяет гласить о том, что на эту обработку придется издержать как минимум 8 часов. На текущий момент разработка цементации металла предугадывает внедрение нескольких сред:

• газовые;
• пастообразные;
• твердые;
• смеси электролитов;
• бурлящий слой.

Обычно при выбирании среды для обработки металла употребляют газовые и твёрдые карбюризаторы.

Цементация металла в жесткой среде

В качестве материала для твердого карбюризатора употребляется смесь углекислого натрия, бария либо кальция с древесным углем, который нужно использовать в размельченном виде, представленном фракциями размером порядка 3-10 мм. При этом непременно эту базу нужно просеять, чтоб убрать пыль. Неотклонимой процедурой, которой подвергаются соли, является измельчение с целью придания им пылеобразного состояния, опосля что эту массу просеивают через сито.

Для сотворения консистенции могут применяться два главных метода:

• В качестве главных компонент употребляется сухая соль и уголь, которые нужно основательно перемешать вместе, тем получится понизить до минимума риск возникновения пятен во время химико-термической обработки стали;
• На приготовленный древесный уголь необходимо лить соль, за ранее смешанную с водой до растворения. Дальше сделанную на базе этих компонент массу нужно поместить для высушивания, при этом нормально, когда влажность консистенции не превосходит 7%.

Из этих методик более предпочтительной является 2-ая ввиду ее наиболее высочайшего свойства. Это проявляется в том, что с ее помощью можно сделать наиболее 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 жесткой цементации используют ящики, куда помещают карбюризатор. Идеальнее всего употреблять ящик, соответственный форме обрабатываемых изделий. Дело в том, что это поможет сделать лучше свойство цементированного слоя, при всем этом получится уменьшить до минимума время, которое требуется для прогрева тары. Принципиально позаботиться о отсутствии утечки газов: эту делему решают методом замазывания ящиков глиной, а потом накрывают сверху герметичными крышками.

Принципиальным моментом является и то, что прибегать к рассматриваемому варианту сотворения для конкретного использования тары специальной формы имеет смысл в тех вариантах, когда нужно обработать средством химико-термического способа огромное количество деталей. Наибольшее распространение получили ящики, имеющие обычную форму, которые различаются геометрическими размерами. Это дает возможность подбирать из их более лучший вариант, который в большей степени учитывает количество обрабатываемых изделий и размеры печи.

Обычно ящики изготавливают на базе малоуглеродистой либо жаростойкой стали. При этом при выполнении обработки деталей с помощью твердого карбюризатора придерживаются последующей схемы:

• Нуждающиеся в насыщение углеродом детали следует расположить с чередованием в ящике, заполненном заблаговременно приготовленной консистенцией;
• Дальше готовят к работе печь, для что ее прогревают до температуры 900-950 градусов, потом туда располагается рабочая тара;
• Сама операция по прогреву ящика производится при температуре от 700 до 800 градусов. Найти, что ящики прогрелись довольно, можно по подовой плите, которая обязана иметь однородный цвет;
• На заключительном шаге температуру печи наращивают до отметки 900-950 градусов Цельсия.

Создание обозначенного температурного режима обеспечивает условия для проникания диффузии в кристаллическую структуру металла активного углерода. На теоретическом уровне этот способ может применяться и для химико-термической обработки спостроек, при этом отдельные мастера способны совладать с данной задачей и своими силами. Но в плане эффективности схожая обработка, проводимая в домашних условиях, различается достаточно низкой эффективностью, предпосылкой что является долгая обработка и необходимость в разработке высочайшего температурного режима.

Газовая цементация

Создателями теоретических материалов, в которых раскрывается сущность схожей цементации, являются С. Ильинский, Н. Минкевич и В. Просвирин. При всем этом 1-ый опыт практического воплощения имел пространство на Златоустовском комбинате, где всеми работами управлял П. Аносов.

Индивидуальностью этого способа является внедрение среды углеродсодержащих газов, в качестве основного рабочего оборудования выступают герметичные нагревательные печи. Посреди узнаваемых искусственных газов почаще всего употребляют состав, являющийся результатом разложения нефтепродуктов. Разработка его производства предугадывает проведение нескольких шагов:

Нужно взять железную емкость, подогреть ее и заполнить керосином, дальше же приступают к выполнению процесса пиролиза, подразумевающего разложение керосина на консистенции газов;

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

Смесь крекированного газа и чисто пиролизного выступает основой, с помощью которой производится химико-термическая обработка, обеспечивающая обогащение углеродом. Заниматься выработкой крекированного газа приходится по той причине, что в случае внедрения 1-го пиролизного состава глубина цементирования стали оказывается маленькой, при всем этом обрабатываемые детали покрываются огромным количеством сажи, которую трудно убрать.

В качестве оборудования для выполнения газовой цементации употребляются конвейерные печи непрерывного деяния либо же стационарные агрегаты. Детали, которым нужно придать наиболее крепкие свойства, кладут в муфель печи, а опосля закрытия доводят температуру снутри до отметки 950 градусов. Дальше начинают подавать туда приготовленный газ. Из плюсов данной процедуры, которая различается на фоне обработки изделий с помощью твердого карбюризатора, нужно выделить последующие:

• создание наиболее удобных критерий для персонала;
• сокращение времени, нужного на выполнение обработки, что достигается благодаря уменьшению срока выдерживания деталей и отсутствию необходимости в продолжительном изготовлении карбюризатора на базе угля.

Цементация в наименее фаворитных карбюризаторах

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

Раствор электролита

Сущность подобного способа сводится к использованию анодного эффекта, за счет которого можно обогатить с помощью многокомпонентных электролитов углерода изделия, характеризующиеся маленькими размерами. Обработка этих деталей просит сотворения температурного режима в спектре 450-1050 градусов и напряжения 150-300 В. Неотклонимой операцией является введение в электролит сахарозы, ацетона, глицерина, также отдельных веществ, имеющих в собственном составе углерод.

Бурлящий слой

По собственной структуре он имеет вид восходящего потока метана и эндогаза, который «пронзает» маленькие частички корунда, распределяемые на печной газораспределительной сетке.

Пасты

Применение подобного карбюризатора для обработки изделий предполагает создание на поверхности металлической детали, нуждающейся в обогащении углеродом, слоя пасты, ее следующее просушивание и нагрев током высочайшей либо промышленной частоты. Стоит увидеть, что одной цементацией обработку детали не следует заканчивать. Рекомендуемой тут операцией является термообработка стали в виде отпуска. Также полезный эффект достигается и средством шлифования металла.

Заключение

Достаточно нередко определенным конструкциям требуется придать завышенные свойства прочности, чтоб они смогли удачно делать задачку, которая перед ними ставится. Решается же это методом использования разных способов обработки, посреди которых довольно действенным является цементация металла. При всем этом для получения нужного результата необходимо учесть принципиальные индивидуальности этого процесса.

Кроме грамотного подбора рабочей среды, для цементации металла принципиально в точности следовать технологии проведения схожей обработки. Ведь мельчайшая ошибка способна плохо воздействовать на хим состав изделия, что в предстоящем может уменьшить срок службы конструкции, в составе которой оно будет применяться. По данной причине принципиально уделять внимание любому моменту, не допуская отклонений от работающих норм и правил относительно проведения химико-термической обработки железных деталей.

Разработка цементации стали, ее суть и предназначение — методики и видео

Зависимо от специфичности внедрения разных металлов и сплавов часто делается их доборная обработка. Это дозволяет выделить (усилить) те либо другие характеристики эталона. Что представляет собой цементации стали, для чего она нужна, в каких вариантах целенаправлено ее проводить – о этом читатель в доступной форме выяснит из предлагаемой статьи.

Есть разные методики химико-термического действия на материалы. Одна из их – цементация. Применяется данная разработка для сталей малоуглеродистых и легированных, содержание элемента «С» в которых не превосходит 0,25%.

Предназначение – увеличение таковых черт сплава, как износостойкость, крепкость, твердость.

Для реализации почаще всего употребляются особые печи, где процесс протекает при высочайшей температуре – порядка 945 (±15) ºС.

Зависимо от габаритов и конструкционных особенностей изделия оно выдерживается в таковых условиях в течение нескольких часов. На самом деле, это всеохватывающая обработка детали (хим + тепловая) с целью придания ей твердости.

Пастами

Разработка самая обычная, но не постоянно применимая. Для деталей, имеющих сложную конфигурацию, с разными выступами, пазами и тому схожее, она очевидно не подступает.

Методика – поверхностное нанесение цементирующей пасты на эталон. Ее слой выбирается огромным по сопоставлению с расчетной глубиной проникания углерода в сталь (приблизительно в 7 раз).

Условия – температурный режим выставляется в зависимости от вида пасты, в границах от 900 до 1 000 ºС.

Такую цементацию стали можно провести и в домашних условиях, при наличии сушильного шкафа с требуемыми параметрами.

Газовой средой

Одна из самых действенных методик, которая обширно применяется в индустрии. Она значительно упрощает процесс цементации, уменьшает время обработки стали и увеличивает производительность. Основное условие – верно подобрать смесь по долевому содержанию углерода и лучший температурный режим.

Методика – продукция загружается с цементационную печь, в которую подается газ.

Бурлящим слоем

Таковой метод только частично припоминает предшествующий.

Методика – в печи, на сетке газораспределительной, помещается так именуемый корунд. Эндогаз (смесь, в которую вводится метан) подается снизу и, поднимаясь, его разжижает, вследствие что мелкие фракции начинают передвигаться вкупе с потоком к обрабатываемому изделию. При высочайшей температуре происходит диффузия частичек корунда, и как итог, насыщение поверхностного слоя эталона углеродом.

Изюминка – степень цементации просто регулировать, изменяя подачу газа. Таковая разработка дозволяет умеренно насыщать сталь по всей площади.

Таковой метод, с учетом издержек и маленькой трудности, спецы советуют употреблять при мелкосерийном производстве заготовок.

Жестким карбюризатором

В качестве насыщающей среды при таковой технологии цементации употребляются полукоксы каменноугольный, торфяной либо древесный уголь с гранулками от 3 до 10 мм при неотклонимом добавлении веществ, инициирующих процесс (активизаторов).

Методика – обрабатываемые эталоны помещаются в железную емкость, на песочный затвор. Они размещаются так, чтоб со всех сторон их можно было обложить слоем карбюризатора. Как следует, соприкосновение изделий со стенами резервуара либо вместе не допускается.

Условия цементации – температура 925 (±25) ºС. Время выдержки зависит от слоя насыщающей среды. Определяется из расчета: на 0,1 мм – 1 час тепловой обработки. Процесс можно убыстрить, доведя нагрев до 975 – 980 ºС. Это уменьшает время проведения технологической операции, но увеличивает эн/издержки и понижает свойство готового продукта. На его поверхности появляется сетка, которую придется удалять.

В ряде всевозможных случаев это достаточно трудно, к примеру, если изделие характеризуется рельефностью.

Электролитическим веществом

Методика – на самом деле, это разогрев неизменным током. Роль анода в цепи играет обрабатываемая деталь.

Условия – U = 150 – 300В. Это дозволяет, в зависимости от силы тока, изменять температуру в границах 500 – 1 100 ºС. Электролит готовится из нескольких компонент, а в качестве активизаторов употребляются вещества с высочайшим содержанием углерода. К примеру, ацетон, сахароза, глицерин.

Как закалить сплав, зацементировать сплав графитом, в графите, как он будет крепким?

Я расскажу и покажу для вас обычный метод закалки хоть какого ножика у себя дома. И то, я буду закаливать не весь ножик, а лишь его режущую кромку, что значительно упрощает задачку.

Если вдаваться в подробности, то это будет быстрее не закалка, а цементация, которая имеет цель повысить твердость и износостойкость металла.

Закалка режущей кромки ножика

Берем ножик.

Проходимся по кромке надфилем, при всем этом обращаем внимание на глуховатый звук и легкое стачивание металла. Все свидетельствует о том, что ножик изготовлен из обыкновенной стали и не закален ранее.

Для закалки пригодиться графит. Идеальнее всего получить графит из графитовых щёток генератора, щеточного электродвигателя. Я, естественно, не пробовал, но также можно достать графитовые стержни из пальчиковых батареек, обычных карандашей.
В общем измельчаем хоть каким методом этот графит в порошок. Мельчить особо не надо, без фанатизма.

Дальше мне пригодиться железное основание, на котором будет лежать графитовый порошок. Я брал кусочек покрытого цинком профиля от гипсокартона.

Для процесса закалки кромки ножика также нужен источник питания. В эталоне это импульсный сварочный аппарат неизменного тока, выставленный на минимум. Так же можно испытать повторить процесс при помощи другого источника, вольт на 30-60 переменного либо неизменного тока. Есть ещё страшный вариант: употреблять впрямую сеть 220 В, поочередно с лампой накаливания, но это уже чревато, потому не рекомендую.

Посреди особенностей цементации выделим последующие моменты:

1. Цементирование предугадывает нагрев изделий в водянистой, жесткой либо газовой среде, за счет что изменяют эксплуатационные характеристики поверхностного слоя.
2. За счет проведения данной процедуры концентрация углерода увеличивается, что обеспечивает повышение прочности и износостойкости стали.
3. Спецы советуют цементировать низкоуглеродистые стали, которые имеют показатель концентрации углерода приблизительно 0,2%. Примером можно именовать лезвие ножика, которое изготавливают из стали низкой цены.
4. Нагрев детали может проводится до самых разных температур. Цементация металла в домашних условиях проходить при температуре около 500 градусов Цельсия, в цехах, оборудованных особым оборудованием, этот показатель может достигать значения 1200 градусов Цельсия и выше. Отметим, что температура нагрева выбирается в согласовании с показателем концентрации углерода и остальных примесей.
5. Рассматриваемый тепловой процесс меняется не только лишь хим состав стали, да и его атомную сетку и фазовый состав. На самом деле, поверхность получает те же свойства, что и при закалке, но есть возможность их надзирать в узеньком спектре и избежать возникновения разных изъянов.
6. Углерод просачивается в структуру стали весьма медлительно. Потому, например, цементация ножика в домашних условиях проходить со скоростью 0,1 мм за 60 минут. Для того чтоб лезвие ножика выдерживало механическое действие придется провести упрочнение слоя шириной около 0,8 мм. Этот момент описывает, что термообработка ножика либо цементация вала в домашних условиях займет не наименее 8 часов, в протяжении которых необходимо выдерживать требуемую температуру.

Если это является неувязкой, необходимо все так же нагревать сплав, но опосля этого равномерно снижать его температуру. В таком случае сталь не будет становиться довольно хрупкой.

Тонкости

Если вы занялись закалкой ножей в домашних условиях, то стоит знать, что далековато не любой ножик, который попадает для вас в руки, подступает для тесты температурой.
Нормально этот метод подступает для изделий, во время производства которых использовалась нержавеющая сталь. Это быть может высочайшее ее содержание, а быть может сплав, в составе которой будет нержавеющая сталь либо никель, к примеру. Такие ножики являются намного прочнее, чем их собратья из высокоуглеродистой стали.
Не считая того, закалка может проводиться по всей площади клинка, а быть может задействована на отдельной области, которая нуждается в увеличении прочности. 1-ый вид именуется глобальным, 2-ой был назван локальным.

Материал ножика

Все виды стали состоят из обычного железа, в который добавляют углерод. Это обыденный сплав для кухонных ножей. Если к нему добавить остальные сплавы, такие как ванадий, хром либо молибден, характеристики ножика будут изменяться. Фото закалки ножей из самых различных материалов, без заморочек можно отыскать в вебе. Некие люди применяли этот процесс даже на дамасской стали.
Неувязка здесь заключается в том, что закалка хороша для видов стали, в которой содержится достаточное количество углерода. Если его в сплаве не много, ножик опосля закалки будет становиться прочнее и тверже, при всем этом он начнет подвергаться коррозии, защитой от которой, дамасская сталь так славиться.

Закалка графитом

Цементация графитом является очень обычным, но действующим методом поверхностной закалки ножика своими руками, который идеальнее всего подступает для укрепления некий части лезвия.
Для этого для вас пригодится графит, который можно получить из обычных пальчиковых батареек. Нужна железная платформа, на которой будет проходить процесс закалки. Отлично для этого подойдет обычный профиль, который употребляется при работе с гипсокартоном и иными отделочными работами.
Еще нам будет нужен источник неизменного питания. Хорошим вариантом может стать сварочный аппарат, мощность которого стоит выставить на малый уровень. Если такового нет, можно испытать схожий вариант, который будет способен выдать для вас порядка 50-ти вольт неизменного напряжения. Воспользоваться сетью на 220 вольт настоятельно не рекомендую.
Неважно какая {инструкция}, в том числе и для правильной закалки ножей, обязана начинаться с подготовки. Когда у вас все есть нужные составляющие, необходимо приготовить рабочее место.
Берем профиль, высыпаем на него наш графит, его обязана получиться маленькая горка. К профилю необходимо подключить плюсовой кабель источника питания, а вот минус необходимо соединить с ножиком.
До этого чем задать вопросец, как можно закалить ножик без помощи других с помощью графита, стоит знать, что опосля включения источника питания, недозволено давать соприкасаться ножику и профилю. Появляется дуга, и в общем ничего неплохого не будет.
Таковой метод отлично использовать для закалки конкретно кромки, которая равномерно соприкасается с графитом. Для этого, опосля всего выше изготовленного, необходимо включить источник питания и отдать напряжение на наши детали. Ножик необходимо равномерно кромкой лезвия проводить по графиту.

Когда это произойдет, будьте уверенны – вы увидите лично процесс закалки. Созодать это необходимо равномерно и аккуратненько. Если вы коснетесь профиля – процесс испорчен. Если будете длительно держать кромку в графите – он зажгется и опять закалка будет испорчена. В обеих ситуациях лезвие будет повреждено и не будет подлежать восстановлению.
Правильным будет вести закалку неспешными, постепенными и маленькими движениями. Зрительно, очень ясно приметно, когда графит начинает очень разогреваться и искрить. Увидев это необходимо подымать ножик. Лезвие не стоит обмакивать весьма глубоко в графит, идеальнее всего это созодать лишь с режущей кромкой.
На маленькой ножик для вас пригодится около 5 минут, чтобы закалить его кромку. Затягивается этот процесс, как раз за счет горения графита, которое повсевременно необходимо избегать. Как вы видите, ничего сложного в этом процессе нету, просто необходимо следовать инструкциям и аккуратненько работать.