Цементація сталі — це процес насичення поверхневого шару сталевих виробів вуглецем. Мета цементації — одержати вироби з твердою поверхнею і в'язким осердям. Такі вироби добре витримують навантаження і мало спрацьовуються навіть при великих навантаженнях. Твердість поверхневого цементованого шару досягає 750 НВ. Цементування зазнають вироби з маловуглецевої і легованої сталі з вмістом вуглецю 0,15...0,35 %. Це такі деталі, як поршневі пальці, зубчасті колеса, кулачки розподільних валів.
Розрізняють цементацію в твердому, рідинному і газоподібному карбюризаторах (вуглецевмісних сумішах).
Як твердий карбюризатор застосовують суміш деревного (березового) вугілля (75 %) з вуглекислими солями ВаСО3, СаСО3(25 %).
Вироби, що цементуються, разом із карбюризатором вміщують у металеві ящики (засипають карбюризатором так, щоб деталі не доторкалися між собою, дна і стінок ящика), закривають кришками, ретельно обмазують глиною і в такому вигляді витримують у печі за температури 910...930 °С протягом 5...25 год. Для отримання цементованого шару завглибшки 0,1 мм потрібне витримування виробів у печі впродовж 1 год. При цьому відбуваються такі реакції:
ВаС03 → BaO + СО2; СО2 + Свугішм → 2СО; 2СО → СО2 + Сат.
Атомарний вуглець (Сат), що виділяється, проникає в поверхневі шари сталевого виробу за зазначений час на глибину 0,5...2,5 мм.
Вміст вуглецю в цементованому шарі зменшується в напрямку від поверхні до осердя виробу. Зміна вмісту вуглецю залежно від глибини приводить до одержання трьох зон: заевтектоїдної (перліт + цементит), евтектоїдної (перліт) і доевтектоїдної (ферит + перліт).
Цементацію в твердому карбюризаторі застосовують в умовах ремонтного виробництва.
Газову цементацію здійснюють у спеціальних камерах» де містяться нагріті до температури 930... 1000 °С деталі, крізь які безперервно з певною швидкістю пропускають цементуючий газ. Для цього використовують природний газ, основною частиною якого є метан СН4. Відбуваються такі реакції:
2СО → СО2 + Сат; СН4 → 2Н2 + Сат.
Газова цементація продуктивніша, її легко механізувати й автоматизувати. Ефективним методом інтенсифікації газової цемента» ції є нагрівання виробів СВЧ і підвищення температури до 1050.. .1070 °С. Цементація — процес дифузійний, тому концентрація вуглецю в поверхневому шарі цементованих виробів змінюється. У зв'язку з цим поступово змінюється й структура поверхневого шару від перлітної до феритно-перлітної зі зменшенням кількості перліту (рис. 2.46).
Рідинну цементацію здійснюють зануренням деталей у розплавлені солі і витримуванням їх за температури 840...900 °С протягом 0,5...2,0 год. Глибина цементації становить 0,20...0,65 мм. Суміші солей для цементації приблизно такі: 6... 10 % SiC, 75...85 % СаСОз, 10...15%NaCl.
Рідинну цементацію застосовують для дрібних деталей, якщо потрібна невелика глибина цементованого шару.
Після цементації концентрація вуглецю на поверхні заготовки 0,8... 1,0 %, а структура — перліт і вторинний цементит.
Цементовані вироби зазнають гартування і низького відпускання, внаслідок чого в поверхневому шарі утворюється мартенсит, а маловуглецеве осердя складається з в'язкої феритно-перлітної суміші. Тому цементовані вироби мають високу стійкість до спрацювання, яка поєднується з великим опором ударним навантаженням.
