Современные технологии: газовая цементация
Более совершенной по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе является газовая цементация. Газовая цементация известна давно; впервые этот способ был предложен и практически применен П. П. А н о с о в ы м еще в тридцатых годах прошлого века.
При газовой цементации науглероживание поверхности стали производится газовым карбюризатором. Детали нагревают в специальных герметически закрытых печах, в которые непрерывным потоком подают цементующий углеродсодержащий газ. Такими газами являются естественные (природные) газы, а также искусственные газы. Для газовой цементации используется и жидкий карбюризатор (бензол, пиробензол, керосин, синтин и др.), который подается непосредственно в рабочее пространство печи. При высокой температуре происходит разложение жидкого карбюризатора, в результате чего образуется цементующий газ.
Атомарный углерод, необходимый для цементации, образуется при разложении углеводородов и окиси углерода, содержащихся в цементуемых газах. Основным углеводородом является метан (СН4), разложение которого при нагреве происходит по следующей реакции:
СН4 = С+2Н2
Так же как и при цементации в твердом карбюризаторе, при газовой цементации образовавшийся атомарный углерод поглощается поверхностью стали и проникает в глубину детали.
Газовая цементация деталей производится при той же температуре, при которой производится цементация в твердом карбюризаторе, т. е. при 900—950° С. Но в связи с отсутствием малотеплопроводного карбюризатора время выдержки при газовой цементации, по сравнению с временем выдержки при цементации в твердом карбюризаторе, меньше. Сокращение времени выдержки уменьшает перегрев стали, и поэтому после окончания цементации детали, изготовленные из наследственно мелкозернистой стали с зерном № 6—8, можно закаливать непосредственно из газовой цементационной печи. Обычно перед закалкой детали охлаждают до более низкой температуры (820—840° С), т. е. подстуживают и после этого закаливают.
При непосредственной закалке с подстуживанием уменьшается коробление деталей, уменьшается количество остаточного аустенита и значительно сокращается технологический процесс. При газовой цементации удобно и легко регулировать количество и состав подаваемого газа. Процесс газовой цементации можно полностью механизировать и автоматизировать. В связи с указанными преимуществами газовая цементация получила широкое распространение на заводах.
Для газовой цементации применяются печи непрерывного действия (муфельные и безмуфельные), стационарные печи (камерные, шахтные) и специальные агрегаты.
Жидкостная цементация. Для жидкостной цементации применяют ванны, содержащие 75—85% углекислого натрия (Na2C03), 10—15% хлористого натрия (NaCl) и 6—10% карбида кремния (SiC). При нагреве карбид кремния разлагается с выделением атомарного углерода, который и проникает в сталь. Жидкостная цементация применяется для обработки мелких деталей, для которых достаточен цементованный слой небольшой глубины. Поэтому выдержка при жидкостной цементации обычно небольшая (45—90 мин), зерно стали за это время не успевает вырасти и поэтому возможна закалка непосредственно из цементационной ванны. Цементация в жидкой среде применяется очень редко.