Термообработка с целью поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента является важнейшей частью процесса их изготовления. В результате такой термообработки сталь приобретает необходимую твердость, прочность и пластичность. Заданную поверхностную твердость можно получить только при сложных химико-термических процессах — цементации или азотировании. Без этих процессов невозможно обеспечить требуемые качество, надежность и долговечность машин и оборудования.

ГАЗОВАЯ ЦЕМЕНТАЦИЯ И НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ

Газовая цементация проводится обычно в шахтных электропечах при температурах 900—950 °С. Чем меньше углерода в стали, тем выше температура нагрева при цементации. Для получения науглероживающей атмосферы применяют метан, керосин, синтин, бензол и другие карбюризаторы, которые в результате диссоциации разлагаются с образованием атомарного углерода. При цементации стальных изделий происходит насыщение углеродом их поверхности. Полученный диффузионный слой имеет переменную концентрацию углерода по глубине, убывающую от поверхности к сердцевине. Цементации подвергаются детали из низкоуглеродистых сталей, а проводится она с целью получения высокой твердости на поверхности изделия при сохранении вязкой сердцевины. Твердость цементированного слоя после термической обработки постепенно снижается по глубине слоя. Сопротивление контактной усталости у цементированных сталей получается выше, чем у сталей, прошедших поверхностную закалку при индукционном нагреве, и у азотированных сталей. Газовая цементация является сегодня основным процессом упрочнения поверхности при массовом производстве деталей.

Оснащение цементационной печи установкой, обеспечивающей контроль и регулирование печных атмосфер, значительно повышает технологические возможности такой печи. Такая установка обеспечивает регулирование углеродного потенциала путем нормированных подач карбюризатора и окислителя в соответствии с заданным содержанием СО2 в атмосфере печи. При цементации и нитроцементации установка создает необходимые печные атмосферы непосредственно в герметичном муфеле электропечи, управляя этими процессами. Регулирование углеродного потенциала печной атмосферы обеспечивает получение заданных величин цементированного слоя и создание диффузионного слоя с заданной микроструктурой. Управление цементационной атмосферой в печи позволяет исключить брак по микроструктуре слоя и получить стабильные свойства поверхности цементированных деталей.

При этом значительно ускоряется процесс цементации, увеличивается срок службы жаропрочных элементов печи и оснастки, а также значительно снижается сажеобразование в рабочем пространстве печи.

Для упрочнения поверхности деталей иногда применяют нитроцементацию — процесс одновременного насыщения поверхности деталей углеродом и азотом. Нитроцементация позволяет получить слои большей толщины, повысить усталостную прочность и снизить деформацию изделий, а также сократить продолжительность самого процесса.