Анықтыру түрлері

При цементации происходит поверхностное насыщение стали углеродом, в результате чего получается высокоуглеродистый поверхностный слой. Так как для цементации берут низкоуглеродистую сталь, то сердцевина остается мягкой и вязкой, несмотря на то что после цементации сталь подвергается закалке.

Различают два вида цементации: твердую и газовую.

При твердой цементации детали запаковывают в ящик, наполненный карбюризатором — науглероживающим веществом. Карбюризатором является древесный уголь с различными добавками. В ящике, в промежутках между кусочками угля, имеется воздух, кислород которого при температуре процесса (900 —950 °С) соединяется с углеродом, образуя окись углерода СО (образуется именно СО, а не СО», из-за недостатка кислорода).

Однако при температурах процесса окись углерода неустойчива
и при контакте с железной поверхностью разлагается по реакции

2СО — СО. + С с образованием атомарного углерода, который поглощается поверхностью.

Таким образом, и при твердой цементации процесс протекает с образованием газовой фазы, т. е. цементация осуществляется газом, образовавшимся в ящике из карбюризатора.

Добавление к углю углекислых солей ВаСО3; Na2CO3 (сода);
К2СО3 (поташ) активизирует карбюризатор, вследствие образования
углекислого газа при разложении солей и реакции с углем (ВаСО3 —
—ВаО + СО2; СО2 + С —2СО и т. д.). Применяемые на производстве карбюризаторы обычно содержат 1 О—30 % углекислых солей.

Процесс твердой цементации — продолжительная операция и занимает в зависимости от требуемой глубины цементации часто не один десяток часов. Даже для образования слоя малой глубины, например в 1 мм, продолжительность цементации составляет несколько часов. Такая большая продолжительность процесса объясняется главным образом малой скоростью прогрева ящика, наполненного нетеплопроводным карбюризатором.

Увеличение скорости цементации достигается применением цементации в газовых средах.

При газовой цементации герметически закрытая камера печи наполнена цементирующим газом 1. Время на прогрев ящика и карбюризатора при этом способе цементации не затрачивается, и скорость цементации (получение заданной глубины слоя) возрастет в тем большей относительной степени, чем меньшей глубины слой требуется получить.

Сейчас газовая цементация является для массового производства основным процессом цементации, и только для мелкосерийного или единичного производства экономически целесообразен более простой способ твердой цементации.

Газовая цементация осуществляется в стационарных или методических (непрерывно действующих) конвейерных печах. Цементирующий газ приготавливают отдельно и подают в цементационную реторту.

Цементирующими газами являются окись углерода и газообразные углеводороды. Разложение этих соединений приводит к образованию активного атомарного углерода:

2СО — СО2 + С; (2)

СnН2n — 2nН + nС; (3)

СnН2n+2 — (2n + 2) Н + nС. (4)

Наибольшее распространение в качестве газовых карбюризаторов получили предельные углеводороды (СН8п.8) —метан, этан, пропан, бутан и др., а из них —метан в виде естественного газа(92—96 % СН.)
Цементацию рекомендуется проводить так, чтобы содержание углерода в наружном слое не превышало 1,1—1,2 %. Более высокое содержание углерода приводит к образованию значительных количеств вторичного цементита, сообщающего слою повышенную хрупкость.

Азоттандыру – беткі қабаты азотпен қанықтыратын химико-термиялық өңдеу. Ең бірінші рет азоттандыруды Чижевский И.Л.өндірісте 20 жылдары қолданды. Азоттандыру кезінде тек қана қаттылық пен тозуға төзімділік жоғарламайды,сонымен қатар коррозияға төзімділігі өседі. Азоттандыру кезінде бұйымды белгілі бір жылдамдықпен аммиак NH₃ келетін герметиялық пешке салады.Қыздыру кезінде аммиак мына реакция бойыша диссоциаланады: 2NH₃=2N+3H₂. Атомдық азот бұйым беті сіңіріп және түбіне диффундіріледі. Көміртекті болаттардың азоттандырылған қабатта алынған фазалар жоғары қаттылықты қамтамасыз етпейді және морт сынғыш қабат түзеді. Азоттандыру үшін құрамды алюминий,молибден,хром,титан бар болаттар құрылады. Бұл элеметтердің нитридтері дисперсті және жоғары қаттылық пен термиялық тұрақтылыққа ие болады. Типтік азоттандырылған болаттар:38 ХМЮА, 35ХМЮА,30 ХТ2Н3Ю. Төменде көрсетілген Fe-N күй диаграммасы арқылы азоттандыру үдерісін анық байқауға болады.

3-сурет. Fe-N күй диаграммасы

Мұндағы α-азотты феррит, 591°С температурада 0,1% N құрайды;

γ-азотты аустенит, эвтектоидтан жоғары температурада тұрақты;

γ’- Fe₄N нитриді, торшасы жақтық центрленген куб;

ε - Fe₂N нитриді, торшасы гексагональді.

Циандау деп металл бет қабатын азот және көміртегімен бірге қанықтыру үдерісін айтады. Циандалған қабаттың қаттылығы мен тозуға төзімділігі, ау беріктігі және коррозияға төзімділігі жоғары болады. Бұл жағдайда азот пен көміртегінің диффузия үдерісі олармен бөлек – бөлек қанықтырудағыдан тезірек өтеді, сондықтан циандау үдерісі 0,5...2 сағат аралығында жүреді. Циандаудың екі түрін: жоғары және төмен температуралық циандауды ажыратады.

Жоғары температуралық циандауда (900...950°С) бұйым беті қабаты көміртегімен көбірек, ал азотпен азырақ қанығады. Өңдеуден кейін бөлшек шынықтыру мен төменгі босаңдатудан өтеді. Төмен температуралық циандауда (550...600°С) бөлшек беті қабаты азотпен көбірек, ал көміртегімен азырақ қанығады. Циандаудың цементациялаудан айырмашылығы – мұнда коррозия төзімділігі артады. Циандаумен тез кескіш болаттан жасалған, термиялық өңдеуден өткен аспаптардың өңдеу нәтижесінде беріктігі артады. Циандауда көбінесе бейтарап (Na₂CO₃,NaCl) немесе цианды (NaCN, Ca(CN₂)) тұздардың ерітінділерінде жүргізіледі.

Диффузионды металдандыру болаттан жасалатын бұйымның беті әртүрлі:алюминимен, хроммен, кремниймен, бормен және т.б. элементтермен қанығатын химия-термиялық өңдеу.Хроммен қанықса үрдіс-хромдандыру, алюминиймен- алитирлендіру, кремниймен- силицендіру, бормен – борландыру деп аталады. Диффузионды металдандыруды қатты, сұйық және газ тәрізді ортада жасауға болады.

Қатты диффузионды металдандыруда металдаушы болып құрамында хлорлы аммониясы бар ферроқорытпа болып табылады (NH₄CL). Металдаушының НСl реакциялану нәтижесінде хлордың металмен қосылысы (ALCL₃,CrCL₂,SiCL₄)

пайда болады.Бетімен қатынас кезінде бос атомдардың байда болуымен диссоциациялайды.

Сұйық диффузионды металдандыру балқыған металға металдардың салынуымен жүреді.Газ тәріздес диффузионды металдандыру әртүрлі металдардың хлоридтары болып есептелінетін газ тәрізді ортада жүреді.

Металдардың диффузиясы өте баяу жүреді,себебі орын басу ерітіндісі пайда болады.Сондықтан, бірдей температураларда диффузиондық қабат цементация кезіндегіге қарағанда он және жүз есе жұқа болып келеді. Диффузионды металдандыру - ұзақ уақыт бойы және жоғары температуралар аралығында(1000...1200°С) болатын,қымбат тұратын үрдіс болып саналады. Металдандырылған беттің негізгі қасиеттерінің бірі болып ыстыққа төзімділігі болып табылады.Жұмыстық температура үшін 1000...1200°С ыстыққа төзімді металдар қарапайым көміртекті металдардан жасалады.

Өндірісте көп таралған үдерістерге алиттеу және хромдау жатады.

Алиттеу деп бұйым беті қабатын алюминиймен қанықтыруды айтады. Бұл үдеріс құрамында көміртегі 0,1...0,2%-ге тең болаттардың ыстыққа төзімділігін арттыру үшін жүргізіледі. Алиттеу көбінесе ұнтақты қоспалармен жүргізіледі. Мұнда алиттелген қабат қалыңдығы 0,3...0,8 мм-ге тең. Үдерістің жүру уақыты ² сағатқа дейін созылады. Алиттелген бөлшектер жоғары температурада 1150°С дейін жұмыс істейді, өйткені оның бетінде өте берік Al₂O₃ алюминий тотығының қабығы пайда болады.

Хромдау деп бұйымның бетін хроммен диффузиялық қанықтыруды айтады. Хромдаудан кейін болат беті қабатының қаттылығы өте жоғары (HV=1600…1800), тозуға, ыстыққа төзімділіг (800°С дейін), коррозияға беріктігі артады. Хромдау 950...1100°С температурасында өткізіледі, үдерістің өту уақыты 8 сағатқа дейін, қалыңдығы 0,2...0,25 мм-ге тең болады. Хромдау – осы үдерістердің ішінде ең көп тарағаны.