Цементация стали осуществляется путем поверхностного насыщения изделия углеродом до эвтектоидной или заэвтектоид – ной концентрации. Конечные свойства изделий достигаются в результате последующей термической обработки. При цементации наиболее существенно изменяются поверхностная твердость, износостойкость и усталостная прочность изделий. Глубина цементованной зоны может быть различна для разных деталей и составляет 0,3— 2,5 мм в зависимости от размеров и назначения изделия.
Цементацию проводят в твердой, жидкой и газовой средах, наибольшее развитие получила газовая цементация. Цементация является трудоемким и длительным процессом, поэтому в последнее время применяют разные способы интенсификации этого процесса: ионную цементацию, цементацию в активизированных газовых средах, в электропроводном кипящем слое, в виброкипящем слое и др.
Цементации подвергают низкоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,08—0,25 %, что обеспечивает получение вязкой сердцевины. Для некоторых высоконагружен – ных деталей (зубчатые колеса и др.) содержание углерода в стали может быть повышено до 0,35 % . С повышением содержания углерода в стали уменьшается глубина цементованного слоя, увеличивается прочность и понижается вязкость сердцевины.
Цементацию проводят при температурах выше точки Аз в аусте – нитной области. Температурный интервал цементации составляет 920— 980 «С. Имеется положительный опыт применения для некоторых легированных сталей высокотемпературной цементации при 980—1050 °С. Прн этом значительно ускоряется процесс цементации вследствие увеличения коэффициента диффузии углерода, однако одновременно растет зерно аустенита и увеличивается коробление деталей. Поэтому для высокотемпературной цементации необходимо применять стали с наследст – венномелким зерном илн легировать сталь элементами, замедляющими рост аустенитного зерна при нагреве (тнтан, ванадий).
Термическая обработка нзделнй после цементации заключается в закалке н низкотемпературном отпуске, причем закалка может осуществляться непосредственно от температуры цементации (одинарная термическая обработка) или после охлаждения от температуры цементации (в этом случае часто применяют охлаждение на воздухе — нормализацию) и повторного нагрева до температуры несколько выше точки Аз с последующей закалкой и отпуском (двойная термическая обработка). Закалку от температуры цементации часто применяют после под- стужнвания до 840—860 dC с целью уменьшения коробления изделий.
Химический состав и механические свойства качественных цементуемых углеродистых конструкционных сталей регламентируется ГОСТ 1050—74, а легированных ГОСТ 4543—71.
В табл. 16 приведены химический состав и гарантируемые механические свойства некоторых легированных конструкционных сталей, применяемых для цементации.
Таблица 16. Состав и механические свойства (не менее)
|
Содержание основных элементов, % |
||||||
|
Марка стали |
С |
Mn |
Cr |
Nl |
Другие элементы |
|
|
15Х 18ХГТ 20ХГР ЗОХГТ 15ХФ 20ХН 12ХНЗА 20ХГНР 18Х2Н4МА |
0,12—0,18: 0,17—0,23,» 0,18-0,241 0,24—0,32 0,12—0,18* 0,17—0,23′ 0,09—0,16 0,16—0,23 0,14—0,20 |
0,3—0,9 0,8—1,1 0,7-1,0 0,8—1,1 0,3—0,8 0,3—0,8 0,3—0,8 0,7—1,0 0,3—0,8 |
0,7-1,0 1,0—1,3 0,75—1,05 1,0—1,3 0,8—1,1 0,45—0,75 0,6—0,9 0,7—1,0 1,35—1,65 |