Высокотемпературная цементация

Повышение температуры (до 1000—1050° С) является эффективным средством интенсификации процесса цементации. С повышением температуры цементации увеличивается скорость диффузии углерода в аустените и значительно возрастает толщина слоя при одинаковой выдержке (рис. 96), углерод распределяется по глубине слоя более равномерно, а толщина эвтектоидной зоны увеличивается.

Повышение температуры цементации увеличивает растворимость углерода в аустените, не вызывая пересыщения цементованного слоя углеродом. Это объясняется тем, что скорость диффузии растет быстрее, чем скорость поверхностной адсорбции углерода, поэтому и получается более благоприятное распределение углерода в слое. Однако повышение температуры цементации может ухудшить механические свойства в связи с ростом зерна аустенита. Повышение температуры нагрева (цементации) по-разному влияет на рост зерна аустенита различных сталей.

В промышленности применяют стали, легированные титаном, молибденом и другими элементами, образующими труднорастворимые карбиды, которые задерживают рост зерна аустенита до определенных температур (например, в сталях 18ХГТ, ЗОХГТ — до 1050—1100° С). В углеродистых сталях зерно аустенита увеличивается не только при высоких, но и при обычных температурах цементации. Заметной разницы в величине зерна при обычной и высокотемпературной цементации нет. Рост зерна при высокотемпературной цементации не превышает роста зерна в результате длительной выдержки при обычной цементации. Кроме того, при высоких температурах механические свойства стали не только не понижаются, но даже несколько повышаются, что связано с лучшей гомогенизацией твердого раствора. При высокотемпературной цементации увеличивается коробление деталей. Это следует учитывать при обработке деталей, склонных к значительному короблению.

Высокотемпературная цементация проводится как в твердом карбюризаторе, так и в газовом. При цементации в твердом карбюризаторе рекомендуется повышать температуру до 980° С. По сравнению с обычной цементацией время процесса сокращается на 40—50%. Газовая цементация при 1000° С сокращает время процесса в 2 раза, а при 1050° С — в 3 раза по сравнению с цементацией при 930° С. Для высокотемпературной цементации, учитывая высокую температуру нагрева (1050—1100° С), применяют безмуфельные печи со специальными нагревателями и футеровкой. Однако недостаточный срок работы оборудования ограничивает широкое применение высокотемпературной цементации в промышленности, хотя имеется положительный опыт работы по освоению высокотемпературной цементации на отечественных заводах и за рубежом.