Цементацией (науглероживанием) называют такой вид химико-термической обработки, при котором происходит насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в специальной среде – карбюризаторе.
Цементацию проводят при температурах 930…950 °С, то есть выше точки АС3. Аустенит устойчив при данных температурах и может растворять углерод в большом количестве.
Целью цементации с последующей закалкой и низким отпуском является получение твердой и износостойкой поверхности. Цементации подвергают низкоуглеродистые стали, содержащие 0,1…0,25 % С. После обработки поверхностные слои содержат 0,8…1 % С, а сердцевина изделий остается вязкой. На цементацию детали поступают после механической обработки.
Стальные изделия цементируют различными методами. При цементации в твердом карбюризаторе источником углерода являются древесный уголь, каменноугольный полукокс или торфяной кокс. Для ускорения цементации добавляют активизаторы: углекислый барий (BaCO3) и кальцинированную соду (Na2CO3).
Детали помещают в железные ящики, засыпают их карбюризатором и накрывают крышкой. Затем ящики помещают в печь и выдерживают 5…10 часов при температуре 930…950 °С. Глубина цементации зависит от времени и температуры выдержки деталей. Она обычно составляет 0,5…3 мм. После цементации ящики охлаждают на воздухе до 400…500 °С, а потом открывают.
Газовую цементацию осуществляют нагревом изделий в среде газов, содержащих углерод. В качестве карбюризатора чаще всего используют эндотермическую атмосферу с добавкой природного газа, а также жидкие углеводороды (керосин, уайт-спирит и др.). Газовую цементацию производят в герметически закрытых печах при температуре 900…950 °С.
Преимуществами газовой цементации являются: возможность получить заданную концентрацию углерода в слое, уменьшить длительность обработки [4].
Окончательные свойства изделия, прошедшего цементацию, получают путем термической обработки. После цементации детали подвергают закалке (однократной или двойной) и низкому отпуску. Термическая обработка повышает твердость и износостойкость поверхностных слоев, исправляет структуру и измельчает зерно как сердцевины, так и цементованного слоя, так как зерно вырастает при длительной выдержке стали в области высоких температур.