Цементация: глубина слоя, стали 20Х и 18ХГТ
Цементация это насыщение поверхности углеродом. Берут сталь с низким содержанием углерода, порядка 0,1-0,25 процента, и выдерживают в углеродсодержащей среде при температуре около 900-950 градусов. Углерод диффундирует внутрь, поверхностный слой становится высокоуглеродистым. Сам по себе он ещё не твёрдый: твёрдость появляется только после последующей закалки и низкого отпуска.
Среда бывает разная. Газовая цементация в шахтной или камерной печи это основной промышленный вариант. Твёрдый карбюризатор, то есть древесный уголь с добавками углекислых солей, засыпают в ящик с деталями и греют целиком: способ старый и медленный, но живой на единичных деталях. Цементация в расплаве солей греет быстро и равномерно, но требует отдельного хозяйства по соляным ваннам.
Ключевой параметр для конструктора это эффективная глубина слоя, обычно 0,3-2,0 мм. Чем глубже слой, тем дольше выдержка, и время растёт быстрее глубины.
| Марка | Где применяем | Типовая глубина слоя | Твёрдость поверхности после закалки и отпуска |
|---|
| Сталь 20 | Втулки, малонагруженные оси | 0,3-1,0 мм | 56-62 HRC |
| 20Х | Валы, пальцы, шестерни средней нагрузки | 0,5-1,5 мм | 56-62 HRC |
| 18ХГТ | Зубчатые колёса, ответственные шестерни | 0,8-1,5 мм | 58-62 HRC |
| 12ХН3А | Тяжелонагруженные шестерни и валы | 0,8-1,5 мм | 58-62 HRC |
| 20ХГНМ | Колёса с высокой контактной нагрузкой | значения назначаем по документации на деталь | 58-62 HRC |
Сердцевина остаётся в районе 30-45 HRC в зависимости от марки и сечения, и именно она держит изгиб. Если шестерня выкрашивается по рабочей поверхности зуба, обычно мало глубины слоя. Если зуб ломается у основания, дело чаще в сердцевине и геометрии галтели, а не в цементации.
Цементовать можно не всю деталь: участки, которые должны остаться мягкими, защищают омеднением либо оставляют припуск и снимают его потом вместе со слоем. Второй вариант надёжнее и дешевле, но требует, чтобы конструктор заранее договорился с технологом.
