Цементация - один из главных процессов в термическом упрочнении деталей, поверхности которых работают на износ. К таким деталям относятся шестерни, вал-шестерни, сателлиты, полуоси, и многие другие изделия. Очень часто, в процессе изготовления таких деталей, возникает необходимость исключить науглероживание на определенном участке. Такая необходимость возникает по разным причинам: требования конструкторской документации, требования по дальнейшей механической обработке и т.д. В связи с этим возникает вопрос о защите этих поверхностей от насыщения углеродом и исключения получения высокой твердости при последующей закалке сталей.
Выходов из данной ситуации может быть несколько, особенности которых мы сейчас рассмотрим.
Первый способ защиты деталей от цементации - защита при помощи припусков на дальнейшую механическую обработку. Этот способ подразумевает наличие припусков в местах, где цементация не требуется. Их размер должен быть больше или равен глубине слоя цементации. В этом случае маршрут обработки будет иметь следующий вид: токарная обработка основных размеров детали с оставлением припусков в местах, где цементация не требуется и припусков на коробление детали при закалке - цементация без закалки - снятие припуска на участках, где цементация не нужна, но опять же с оставлением припусков на закалочные коробления - закалка детали - доводка геометрических размеров детали токарной обработкой или шлифовкой. Из недостатков данного способа защиты от цементации, можно выделить следующие: высокая трудоёмкость и лишние перемещения деталей, что увеличивает время цикла и стоимость изготовления детали.
Следующий способ - отжиг цементированных поверхностей при помощи индукционного нагрева. После цементации и закалки детали, поверхности, на которых цементация не допускается, нагревают при помощи индукционного оборудования. Этим самым достигается снижение твердости стали. При отжиге, как-бы имитируется процесс нормализации стали с высоким содержанием углерода. При таком способе снижения твердости, очень важно контролировать скорость охлаждения после индукционного нагрева детали, т.к. высокое содержание углерода в стали, полученное при цементации, может способствовать получению мартенситной структуры при охлаждении на воздухе. Избежать случайной закалки стали при охлаждении можно применением отжига без перкристаллизации стали (температура отжига ниже Ас1). Такой способ снижения твердости является более гибким, но требует капитальных вложений на дополнительное оборудование, что отразится на увеличении себестоимости изготовления деталей.
Третий способ защиты деталей от цементации самый интересный и перспективный. Он заключается в использовании покрытий и защитных антицементационных паст различного химического состава.
В качестве защитного покрытия чаще всего используется гальваническое меднение. Этот способ подразумевает дополнительную операцию в технологическом процессе изготовления деталей, дополнительные вспомогательные материалы, дополнительную механическую обработку для снятия гальванического покрытия. Всё это выливается в дополнительные статьи расходов в структуре себестоимости детали.
Далее мы приведем химический состав и способ нанесения паст для защиты от цементации. Особую благодарность за предоставлении исходных для этой статьи выражаем нашим коллегам-металлургам из Украины.
Составы паст для защиты от цементации
В качестве защитных, могут применяться как уже готовые антицементационные пасты, которые поставляют как правило европейские производители, так и пасты приготовленные непосредственно в условиях промышленного производства. Вот состав некоторых из них:
Паста для защиты от цементации на основе жидкого стекла
Состав:
флотационный молотый тальк - 8%
каолин - 4%
маршалит - 2,5%
бура - 0,3%
окись алюминия - 0,2%
жидкое стекло - ост.
Нанесение в 3 слоя, сушка каждого слоя 4-5 часов в печи
Недостаток: требуются толстые слои и сильное загрязнение печи
Антицементационная паста на основе жидкого стекла и двуокиси титана
Состав:
жидкое стекло - 70%
двуокись титана - 30%
В зависимости от плотности жидкого стекла добавляют до 5% водного раствора медного купороса
Нанесение в 2-3 слоя, сушка каждого слоя 1,5 часа (желательно применение инфракрасной сушки). Это самый оптимальный состав антицементационной пасты, но боится сквозняков.
