цементация стали

Цементация стали – наиболее распространенный способ химико-термической обработки применяющийся для получения высокой поверхностной твердости, стойкости к износу и увеличения усталостной прочности.
Процесс цементации заключается в обогащении поверхностного слоя стальных деталей (будь то нелегированная, низкоуглеродистая или конструкционная легированная сталь) углеродом с последующей термической обработкой: закалкой и низким отпуском. Глубина цементованного слоя обычно находится в пределах 0,5 – 2,0 мм. Для мелких и тонкостенных деталей глубину иногда уменьшают до 0,1 – 0,3 мм, а для массивных и толстостенных – увеличивают свыше 2,0 мм.
Цементацию стальных деталей осуществляют в твердых, жидких и газовых средах, а в последнее время и в вакуумных печах при контролируемом остаточном давлении цементационного газа. Цементованные детали после заключительной термообработки должны иметь твердый, прочный поверхностный слой, стойкий против износа и высоких контактных нагрузок, и достаточно прочную и одновременно вязкую сердцевину. В связи с последним требованием исходное содержание углерода в стали ограничивают диапазоном 0,08 – 0,25%. Если требования к вязкости сердцевины не критичны (либо если сталь легирована элементами, существенно повышающими вязкость) исходное содержание углерода в цементуемой стали можно повышать до 0,28 – 0,45%. Это позволяет закаливать сталь после цементации с более низкой температуры (без перегрева цементованной зоны), и повысить стойкость к высоким контактным нагрузкам (за счет предотвращения деформации слоев металла, лежащих под цементованным слоем).
Для цементации малонагруженных, мелких и тонкостенных деталей достаточно часто используют нелегированную низкоуглеродистую качественную сталь (сталь 10, 15 и 20). В то время как нагруженные и массивные детали под цементацию допустимо изготавливать только из легированных конструкционных сталей.
Основное назначение легирования конструкционных сталей для цементации – повышение механических свойств сердцевины и цементованного слоя, а также повышение прокаливаемости и закаливаемости стали. Большинство легирующих элементов (особенно карбидообразующих) снижают склонность зерна стали к росту при высокотемпературном нагреве (увеличивая таким образом вязкость). А хром, молибден, марганец и никель эффективно увеличивают устойчивость переохлажденного аустенита как в цементованном слое, так и в сердцевине детали, позволяя закаливать цементованные детали в масле (или даже на воздухе), и получать высокие и стабильные механические свойства в массивных и толстостенных деталях.