Изобретателю на заметку: Сборник простых технологий для НИОКР - страница 4

Что такое цементация?

Цементация – это процесс обогащения поверхностного слоя стали углеродом. Внутри остаётся вязкий, пластичный металл, а снаружи формируется особо твёрдый слой высокой твёрдости (вплоть до 65–67 HRC), способный выдерживать трение, удары и контактные напряжения.

Это как сделать мягкую грушу с шкуркой от яблока – сочетание гибкости и жёсткости в одной детали. Один из самых популярных и доступных способов цементации – так называемая твердая цементация в углеродсодержащей среде.

Практика: цементация втулки игольчатого подшипника вертолёта

Цель – придать втулке из стали 38Х2Н2МА (высокопрочная конструкционная легированная сталь) поверхностную твёрдость на уровне 66 HRC. Это позволит установить её в систему игольчатого подшипника, испытывающего постоянное контактное давление.

Заготовка: наружный диаметр 40 мм, длина также 40 мм. Чистовая обработка – после цементации. Запас на обезуглероживание – по 0,22 мм на сторону.

Шаг 1: одновременно отпуск и создание карбюризатора

Всё начинается с подготовки углеродсодержащей среды – карбюризатора. В качестве реактивного материала используется обычный древесный уголь для шашлыка (фракцией около 10 мм). Уголь содержит достаточно подвижного углерода, чтобы насытить поверхность детали при высокой температуре.

Инженерное решение:

– Взять отрезок трубы диаметром 100 мм и сварить из неё своеобразный «тепловой ящик».

– Засыпать туда уголь, заготовку при этом ещё не добавлять.

– Обмазать конструкцию глиной – это создаёт герметичную керамическую оболочку.

– Разогревать 2 часа при температуре 930 C. Одновременно происходит отпуск другого изделия (или той же заготовки) и подготовка химически активного карбюризатора.

Рис. № 4. Отпуск стальной заготовки с одновременным получением карбюризатора

Шаг 2: формовка детали и подготовка к цементации

На токарном станке из стали 38Х2Н2МА были выточены две втулки. Размеры временные – с припуском на будущую чистовую обработку.

Процесс цементации начинается с того, что заготовка закладывается в карбюризатор:

– Сначала в карбюризационный ящик насыпается слой обожжённого угля.

– На него устанавливаются втулки, которые затем полностью засыпаются карбюризатором.

– Всё снова герметизируется глиной.

– Цементация проводится при 920–930 C в течение 10 часов. Затем – без извлечения – начинается высокий отпуск: понижение температуры до 670–680 C и выдержка 3 часа.