Твердая цементация

При твердой цементации применяется твердый карбюризатор. Основной составляющей твердого карбюризатора (60 - 90%) является древесный уголь, а иногда торфяной или нефтяной кокс. Для уменьшения усадки карбюризатора используют уголь твердых пород (березовый или дубовый). С этой же целью иногда некоторое количество древесного угля - заменяют коксом. Кроме древесного угля, в состав карбюризатора входят углекислые соли (10 - 40%), чаще всего углекислый барий (ВаСОз) и углекислый натрий (NCOi).

Эти соли ускоряют процесс цементации, так как способствуют образованию газовой среды. Так, например, углекислый барий разлагается по следующей реакции: ВаСОз = ВаО + СО2. Образовавшийся углекислый газ СО2 соединяется с углеродом древесного угля, в результате получается окись углерода: СО2 + С = 2СО. На поверхности изделия окись углерода распадается: 2СО=С02 + С. Выделяющийся атомарный углерод активно поглощается поверхностью изделия и растворяется в аустените.

Углекислый барии является наиболее эффективным ускорителем процесса цементации. Его преимущество состоит в том, что он медленно выделяет углекислоту при температурах цементации, обеспечивая тем самым ее постоянный приток. Кроме древесного угля и углекислых солей, в состав карбюризатора входит небольшое количество патоки или мазута. Эти вещества улучшают связь углекислых солей с древесным углем. Иногда в карбюризатор добавляют до 5% углекислого кальция (мела), чтобы не допустить спекания частиц.

Процесс твердой цементации осуществляется следующим образом. Изделия, подлежащие цементации, укладывают в цементационные ящики, которые свариваются из малоуглеродистой стали толщиной 6-7 мм либо отливаются из жароупорной стали или из чугуна. Ящики из чугуна тяжелее железных и прогреваются более медленно. Следует иметь в виду, что на нагрев ящика до температуры цементации затрачивается много времени, поэтому необходимо применять ящики рациональной конструкции. Это не только сокращает продолжительность процесса, но и улучшает качество цементации.

Цементацию мелких изделий на небольшую глубину рекомендуется осуществлять в ящиках небольших размеров (длина 500 мм, ширина 300 мм и высота 250 - 300 мм). Хорошие результаты достигаются в тех случаях, когда форма цементационного ящика приближается к форме обрабатываемых изделий. Так, для цементации шестерен, осей и втулок более выгодно применять ящики цилиндрической формы с вваренной в дно трубкой, которая способствует более быстрому выравниванию температур. При использовании таких ящиков время пребывания изделий в печи сокращается на 20 - 25%. Изделия следует располагать в цементационном ящике так, чтобы они не соприкасались друг с другом и не прикасались к стенкам ящика. Расстояние между изделиями должно быть не менее 15-20 мм, а между изделием и стенкой ящика - 20 - 25 мм. Это пространство заполняют карбюризатором и утрамбовывают его. На дно ящика тоже насыпают слой карбюризатора толщиной 40 - 50 мм. Самый верхний слой карбюризатора должен иметь толщину 30 - 40 мм. Общий вес карбюризатора в ящике обычно составляет 10 - 15% от веса цементируемых изделий.