Цементация: Разлика между версии

При него се извършва [[дифузия|дифузионнодифузно]] повърхностно насищане на нисковъглеродни и нисколегирани [[стомана|стомани]] с елемента [[въглерод]], при коeтокоето се образува съединението [[цементит]], (железен карбид). Процесът понякога се нарича и '''навъглеродяване'''. Целта е да се постигне повишена [[твърдост]] и [[износоустойчивост]] на цементираните детайли. Това се получава, като след цементацията детайлите се подлагат на [[закаляване]] и нискотемпературно [[отвръщане]].

Детайлите се загряват в [[пещ (индустриална)|пещи]] до температури, съответстващи на долната зона на [[аустенит]]ната област (880 – 950 [[градус Целзий|°C]]). Задържат се в продължение на около 1 час за пълно прогряване и още няколко часа за дифузионното насищане. Обикновено дълбочината на цементирания слой е 1 ммmm, но може да варира от 0,5 до 1,5 ммmm. Следва закаляване, при което навъглероденият [[аустенит]] се превръща в [[мартензит]]. За снемане на вътрешните напрежения детайлите се подлагат на нискотемпературно отвръщане (180 – 200 °C).

Това е най-старият метод за повърхностно навъглеродяване. Детайлите се подреждат в херметически затворени стоманени кутии, запълнени от всички страни с [[графит]], [[кокс]] или [[дървени въглища]]. Цементацията се извършва в пещи при температура 950 °C. Процесът се води в бедна на кислород среда, при която се извършва дисоциация на въглеродния оксид: 2CO → C + CO₂. Свободният въглероден атом дифундира в кристалната решетка на желязото. Дифузионният процес е бавен, около 0,1 ммmm/часh. Така за слой от 1 ммmm са необходими около 10 часа.

;Газова циментацияцементация

Днес е най-използваният метод. Прилага се както в камерни, така и в шахтови пещи с нагрят въздух или друг газ, наситен с [[въглеводород]]и. Обикновено това е технически [[пропан]]-[[бутан]], но може да се използва [[метан]] или [[ацетилен]]. Цементацията се извършва при температури от 900 до 920 °C и процесът е двойно по-кратък в сравнение с твърдата цементация. Съществува тенденция за повишаване на температурата за съкращаване на времето. Прекомерното повишаване на температурата обаче води до нарастване размера на зърното (неблагоприятен фактор, който се отстранява с двойно закаляване).

Усъвършенствана разновидност е технологията за цементация в контролируеми атмосфери, при която в газовата среда (ендотермичен газ) се поддържа такова количество въглерод, колкото искаме да получим в навъглеродената стомана (например 0,8 %). Допълнително предимство е възможността за пълно механизиране и автоматизиране на процеса.

Нисковъглеродната стомана (до 0,3 % въглерод) при стайна температура представлява α-желязо с обемно-центрирана [[кристална решетка]] (ОЦК), която разтваря въглерод в минимални количества. За да разтвори повече въглерод, трябва да нагреем над температурата на фазово превръщане, когато α-Fe ([[ферит]]) се превръща в γ-Fe ([[аустенит]]) със стенно-центрирана кристална решетка (СЦК). Критичната температура на [[фазово превръщане]] от ОЦК в СЦК за чистото желязо е 911 °C, но намалява с увеличаване на съдържанието на въглерод и пада до 727 °C за евтектоидните стомани (с 0,8 % въглерод) и на [[Диаграма на състоянието Fe-C|Желязо-въглеродната диаграма]] се отбелязва с линията '''GS'''. За разглежданите нисковъглеродни стомани (0,1 – 0,3 % С), които се подлагат на цементация, тези температури на [[фазов преход]] са в диапазона 890 – 870 °C. Наличието на легиращи елементи като [[хром]], [[никел]], [[манган]] разширяват аустенитната област, т.е. понижават критичната температура на фазово превръщане A₃.

Намирайки се в аустенитната област, γ-желязото поема въглеродни атоми, като образува [[твърд разтвор]] на внедряване, т.е. въглеродът не измества атомите на желязото от техните места, а се внедрява в празните пространства на стенно-центрираната кристална решетка.

При рязкото охлаждане ([[закаляване]]) на γ-желязото отново се превръща в α-желязо, но с много по-високо съдържание на въглерод. Тази нова структура носи името [[мартензит]] и представлява силно преохладен и преситен с въглерод твърд разтвор в α-желязо с ОЦК.

Мартензитът има характерна иглеста структура с висока твърдост.

| Химични