Цементация

Этим названием определяется в технике обработки металлов процесс, с помощью которого железным изделиям сообщается способность образовать поверхностный закал, т. е. твердую наружную корку, придающую железу свойства закаленной стали, при чем внутренняя масса металла сохраняет мягкость и вязкость, свойственные железу. Благодаря такой поверхностной осталёвке (цементации) изделие хорошо противостоит давящим и истирающим усилиям и в то же время чуждо хрупкости и ломкости, какими отличаются изделия, состоящие сплошь из закаленной стали. Благодаря этим своеобразным свойствам оцементованных железных частей они получили большое применение в машиностроении, именно в качестве таких машинных частей, которые должны выносить сильное трение на поверхности и в то же время подвергаться ударам и сотрясениям. Таковы, напр., цапфы (пальцы) локомотивных колес, шейки осей и валов, шарнирные валки и проч., а из пассивных машинных частей — гайки, винты, гаечные ключи и т. п. Ц. железного предмета распространяется, как уже было замечено выше, лишь на некоторый слой прилегающей к его поверхности, не проникая далеко в глубь его. Помимо этого можно ограничить цементирующий процесс лишь известными, желаемыми частями этой поверхности, причем части поверхности, прилегающие к цементованным, сохранят вполне свойственные железу мягкость и вязкость. Это имеет то удобство, что, во-первых, можно не тратить напрасно время и материал на производство (довольно-таки мешкотное) Ц. тех железных частей, которые могут служить и в естественном их виде, во-вторых — не отнимать напрасно у машинной части ее вязкости — свойства, необходимого с точки зрения прочности.

Процесс Ц. состоит собственно в насыщении железа углеродом, т. е. получении сталеватого железа. Твердости собственно этим процессом сообщено быть не может; ее сообщает оцементованному предмету последующая закалка (см.).След., Ц. и закалка, образуют один нераздельный процесс. Для насыщения железа углеродом пользуются свойством его соединяться с углеродом при возвышенной температуре в прикосновении с углем, взятым в виде порошка. Для этого обыкновенно применяют древесно-угольный порошок (всего лучше из березового угля), или, еще успешнее — измельченный в порошок животный уголь (пережженная кожа, кости, рога и копыта животных). Глубина Ц., т. е. толщина слоя железа, насыщающегося углеродом, зависит от продолжительности нахождения его в соприкосновении с углем, а потому может быть регулируема по желанию. Не только нет надобности, но и опасно сообщать железной машинной части слишком глубокую Ц., а след., и слишком глубокий закал, так как этим уменьшается толщина вязкого ядра этой части, а потому увеличивается ее хрупкость. Для воспрепятствования железу цементоваться в тех частях его поверхности, которые не нуждаются в твердости, стоит лишь изолировать эти части поверхности цементуемого предмета от соприкосновения с углем и ослабить их нагревание. То и другое достигается обмазкой толстым слоем глины и обнажением их от слоя угля, покрывающего остальные части. Первое условие успешности операции Ц. — есть изолирование цементуемых предметов от доступа кислорода воздуха; поэтому предметы эти укладываются (вперемежку с цементующим порошком) в железные ящики, которые затем герметически закупориваются и обмазываются глиной. Нагревание ящиков также лучше производить не на открытом огне, а в особой замкнутой калильной печи. Чтобы нагрев ящика происходил медленно и равномерно, полезно и боковые его стенки и дно обмазывать снаружи глиной. Если приходится нагревать ящики в открытом горне (напр. в кузнечном), то в этом случае для обеспечения ящику медленного и равномерного нагревания можно, напр., поставить его на кирпичную или железную подставку (чтобы дать возможность жару действовать и на дно ящика), а с боков оградить кирпичными стенками, образуя как бы род печи. Для равномерности хода процесса предпочитают употреблять ящики не очень большие (в больших жар не достигает центральных слоев засыпи, если же его очень усилить — перегорают слои, прилегающие к стенкам), а для предупреждения быстрой порчи ящиков изготовляют их из толстого железа (в ¼ и даже в ½ дюйма толщины). На дно ящика насыпается слой цементирующего порошка толщиной до 20 мм и слегка утрамбовывается. Иногда для экономии на самое дно насыпают порошка уже бывшего в употреблении и лишь перекрывают его свежим. На этом слое укладывают цементируемые предметы, наблюдая, чтобы они не только нигде не прикасались взаимно, но и образовали промежутки, в которых можно было бы поместить достаточные количества порошка. Поверх железных предметов насыпается несколько горстей поваренной соли, а поверх последней новый слой цементирующего порошка. Если размеры ящика и цементуемых изделий это дозволяют, укладывается второй слой изделий, а по засыпке его солью и порошком — третий и т. д. Поверх последнего слоя изделий насыпается снова соль и порошок, а поверх последнего (под самую крышку) — слой порошка, уже бывшего в употреблении; затем ящик накрывается крышкой и все швы и щели тщательно замазываются толстым слоем глины. Подобный способ укладки изделий применяется при Ц. мелких предметов, в которых притом цементуется вся их наружная поверхность. Для крупных машинных частей, притом требующих Ц. лишь на некоторых частях их поверхности, устраиваются ящики более крупных размеров, которые заполняют уже не одним животным углем, а подбавляют к последнему древесного (березового) угля. Пропорция 2/3 древесного угля на 1/3 животного считается наиболее выгодной. За недостатком животного угля довольствуются одним древесным, подбавляя к нему до 10 % молотого известняка или поташа. Если требуется осталевать небольшое количество некрупных железных частей, устраивать для которых цементовальную печь и железные ящики было бы убыточно, то в качестве цементирующего вещества с успехом применяют синеродистый калий, который цементует весьма быстро, но неглубоко, почему годится лишь в тех случаях, когда цементуемой машинной части не предстоит выносить сильного трения. Работа производится при этом так, что раскаленный докрасна предмет погружается в порошок синеродистого калия и поворачивается в нем до тех пор, пока не потеряет калильного жара. Под влиянием высокой температуры синеродистый калий сначала плавится, а потом разлагается, выделяя синерод, который разлагается далее на азот и углерод. Последний и соединяется с железом. Оцементованный предмет погружается затем в холодную воду для закаливания. Если закалка окажется недостаточной, предмет снова нагревается докрасна и снова погружается в порошок синеродистого калия или натирается им, а потом калится. Если Ц. производится в ящиках и в калильной печи, то, наполнив ящики, как объяснено было выше, и обмазав их глиной, вкатывают их (на роликах) в холодную или уже разогретую предварительно печь, закрывают ее дверцы и дают сильный жар. Если печь была холодная, вся операция Ц. продолжается 24 часа; если же печь была разогрета предварительно — то 12—15 часов. Раскупорив затем печь, сняв крышки с ящиков и вынув из них оцементованные изделия (которые при этом бывают раскалены докрасна), бросают их в чан с холодной водой, где они и закаливаются. Закаленные предметы очищают от приставшего к ним угля на наждачных камнях, а затем, если требуется, шлифуют и полируют. Хорошо оцементованная и закаленная поверхность железного предмета получает такую твердость, что ее не берет напилок. Точно установленного времени для нахождения цементуемых предметов в цементовальном ящике не существует, так как оно зависит от их размеров и многих побочных обстоятельств. Кроме того, на соотношение времени продолжительности цементации и толщины получающегося сталеватого слоя влияют еще и свойства самого цементуемого железа. Поэтому для суждения о степени спелости заложенных на Ц. предметов пользуются пробными брусками из того же сорта железа, которые, будучи тщательно опилены с поверхности, закладываются в оставляемые нарочно для того отверстия в крышках цементовальных ящиков, так что нижний конец бруска погружен в цементующий порошок, а верхний торчит наружу. По истечении известного времени вынимают пробный брусок из ящика, закаливают его в воде и ломают. Толщина белого слоя около наружной поверхности излома покажет, на какую глубину проник закал, и, если она недостаточна, продолжают операцию далее. При Ц. крупных предметов операцию приходится иногда продолжать в течение 48 часов и более. Иногда (именно при предметах прихотливой формы) закалку производят не тотчас по вынутии их из ящиков, а дают им предварительно остыть (не вынимая их из ящика) и затем перед закалкой нагревают их снова, причем принимают все меры предосторожности как по отношению к должной температуре нагрева, так и к способу погружения в охлаждающую ванну. Резервуар для закалки должен быть достаточно просторен, и вода в нем непрерывно сменяться. Если имеется в виду получить металл, отличающийся сплошь наивысшей твердостью, хотя бы и в ущерб его вязкости, то Ц. продолжают возможно долее, и в результате получается уже не осталеванное с поверхности только железо, а вся его масса превращается в настоящую сталь. Такая сталь носит название цементной стали. Материалом для изготовления подобной стали служат железные полосы толщиной в 10—20 мм, шириной в 60—100 мм и длиной в 3—4 метра, а в качестве цементирующего прибора применяется пламенная печь, представленная на прилагаемом рисунке в поперечном разрезе.

Цементовальная печь.

В сводчатой внутренней камере этой печи помещаются два (иногда 3—4) прямоугольного сечения корыта аа, охватываемые снизу и с боков пламенем. Корыта эти отформованы из огнеупорной глины или из шамотной массы и служат для помещения в них цементуемых железных полос. Корытам сообщается длина, на 1 м большая против длины железных полос. Стенки их вделаны в наружные поперечные стенки печи. Последние имеют в местах, соответствующих внутренней полости корыт, отверстия для раскладывания через них полос. Во время хода операции эти отверстия герметически закупориваются. На рисунке изображены: bb — боковые, массивные стенки печи; с — ее свод; d — топочная решетка; ее — пламенные пролеты. Корыта имеют ширину в 600—800 мм и такую же высоту. Приступая к загрузке печи, прежде всего выстилают дно корыт слоем угольного порошка, а поверх его укладывают ряд железных полос, оставляя между соседними полосами промежутки не менее 10 мм, которые затем также забиваются угольным порошком. Поверх железных полос насыпается снова порошок, слоем в 20—30 мм толщины, а поверх его укладывается второй ряд железных полос, снова перекрываемый слоем угольного порошка. Таким образом продолжают загрузку, пока не достигнут уровня на 150 мм ниже верхнего края стенок корыта. Тогда остающееся пространство в корыте заполняют тонким песком. Одна печь может вместить в себе от 3 до 20 тонн железа. Нагрузив корыта, заделывают и замазывают наглухо глиной загрузочные отверстия и приступают к растопке печи. Сначала поддерживается лишь слабый огонь, который постепенно все более и более усиливается, пока внутренняя поверхность стенок печи не раскалится добела (это достигается на шестые или седьмые сутки). В этом жару печь поддерживается еще в продолжение 5—9 суток. К концу этого срока железо вполне превращается в сталь. На Ц. берутся лишь отборные сорта железа; у нас на уральских заводах — кричное, древесно-угольное железо; в Англии — шведское древесно-угольное. Цементная сталь носит еще названия "морянки" и "томленки". Для улучшения ее качеств она обыкновенно еще проваривается или переплавляется. О Ц. броневых плит — см. Плиты броневые.

В. Кнаббе. Δ.

I

Цемента́ция

в строительстве, закрепление грунтов, горных пород, каменных и бетонных кладок путём нагнетания в пустоты, трещины и поры жидкого цементного раствора или цементной суспензии. Применяется для укрепления оснований сооружений (См. Основания сооружений), создания противофильтрационных завес (См. Противофильтрационная завеса), придания водонепроницаемости породам при проходке горных выработок (шахт, тоннелей), повышения монолитности и водонепроницаемости каменной и бетонной кладки. См. также Закрепление грунтов.

Цемента́ция

в цветной металлургии, гидрометаллургический процесс, основанный на вытеснении более электроположительных металлов из растворов их соединений менее электроположительными металлами, находящимися в твёрдом состоянии. Например, нормальный электрохимический потенциал меди + 0,344 в,цинка — 0,762 в; эта разность потенциалов позволяет осуществлять реакцию Cu²⁺_{раствор} + Zn_мeталл → Zn²⁺_{раствор} + Cu_мeталл.. Чем больше разность потенциалов, тем меньше остаточное содержание в растворе осаждаемого металла. Ц. широко применяют для очистки растворов от примесей и для извлечения металлов из растворов. Процесс может быть применен также для осаждения металлов из расплавленных шлаков.

Лит.: Плаксин И. Н., Юхтанов Д. М., Гидрометаллургия, М., 1949; Масленицкий И. Н., Чугаев Л. В., Металлургия благородных металлов, М., 1972; Набойченко С. С., Смирнов В. И., Гидрометаллургия меди, М., 1974.

Цемента́ция

стали, разновидность химико-термической обработки (См. Химико-термическая обработка), заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя изделий из низкоуглеродистой стали (0,1—0,2% С) углеродом при нагреве в соответствующей среде. Цель Ц. — повышение твёрдости и износостойкости поверхности, что достигается обогащением поверхностного слоя углеродом (до 0,8—1,2%) и последующей закалкой с низким отпуском (при этом сердцевина изделия, не насыщаемая углеродом, сохраняет высокую вязкость). Глубина цементованного слоя 0,5—1,5 мм (реже больше); концентрация углерода в слое убывает от поверхности к сердцевине изделия. Ц. и последующая термическая обработка повышают предел выносливости металла и понижают чувствительность его к концентраторам напряжения. Различают Ц. твёрдыми углеродсодержащими смесями (карбюризаторами) и газовую Ц. На заводах массового производства обычно применяют газовую Ц., при которой легче регулируется концентрация углерода в слое, сокращается длительность процесса, обеспечивается возможность полной его механизации и автоматизации, упрощается последующая термическая обработка.

Лит.: Минкевич А. Н., Химико-термическая обработка металлов и сплавов, 2 изд., М., 1965; Лахтин Ю. М., Металловедение и термическая обработка металлов, 2 изд., М.. 1977.

Ю. М. Лахтин.

1. цемента́ция;
2. цемента́ции;
3. цемента́ции;
4. цемента́ций;
5. цемента́ции;
6. цемента́циям;
7. цемента́цию;
8. цемента́ции;
9. цемента́цией;
10. цемента́циею;
11. цемента́циями;
12. цемента́ции;
13. цемента́циях.

ЦЕМЕНТА́ЦИЯ, -и, жен.

1. см. цементировать.

2. Насыщение поверхностных слоёв стали или железа углеродом для создания твёрдого поверхностного слоя (спец.).

3. Геологический процесс сцепления составных частей горных пород растворёнными минеральными веществами (спец.).

| прил. цементационный, -ая, -ое.

-и, ж.

1. тех.

Закрепление грунтов, каменных и бетонных кладок путем нагнетания в их щели, скважины цементного раствора.

Цементация скважин.

2. тех.

Процесс извлечения из растворов золота, серебра, меди их вытеснением (как более электроположительных) менее благородными металлами (менее электроположительными).

3. тех.

Насыщение поверхности малоуглеродной стали углеродом при высокой температуре в целях создания твердого поверхностного слоя.

Газовая цементация. Твердая цементация.

4.

Процесс сцепления составных частей горной породы выделившимися из раствора минеральными веществами.

ЦЕМЕНТА́ЦИЯ, цементации, мн. нет, жен.

1. Покрытие, заполнение (скважин, трещин и т.п.) цементом для укрепления (тех.). Цементация горных пород в шахтах. Цементация скважин.

2. Насыщение поверхности мягкой стали или железа углеродом для создания твердого поверхностного слоя (тех.).

3. Геологический процесс сцепления составных частей горной породы растворенными минеральными веществами (геол.).

I

1.

Укрепление грунтов, бетонных кладок и т.п. введением в них под давлением жидкого раствора [цемент I 1.].

2.

Процесс сцепления составных частей горной породы выделившимися из раствора минеральными веществами.

II

Насыщение поверхностных слоев малоуглеродной стали углеродом при высокой температуре для увеличения их твёрдости.

III

Процесс извлечения из растворов золота, серебра и меди их вытеснением как более электроположительных менее благородными металлами как менее электроположительными.

ЦЕМЕНТАЦИЯ (в цветной металлургии) - гидрометаллургический процесс извлечения металлов из растворов химическим восстановлением более электроотрицательными металлами. Применяется главным образом для извлечения Cu, Ag, Au (напр., осаждение Ag из цианистых растворов).

ЦЕМЕНТАЦИЯ стали - химико-термическая обработка - диффузионное насыщение поверхности стальных изделий углеродом для повышения твердости, износостойкости и предела прочности. После цементации изделия подвергают закалке на мартенсит с последующим отпуском.

жен.;
тех.
1) cementation
2) carbonization (о сварочном железе), case-hardening

ж.

cimentation f; cémentation f(металла)

ж.

1)(грунта, кладки) cementación f, inyección de cemento

2)тех.(металла) cementación f

3)геол. consolidación f

ж.

cementazione f

1) в гидрометаллургии - извлечение металла путем вытеснения из р-ра его соли другим металлом (цементатором), имеющим более отрицательный стандартный потенциал. Это электрохим. процесс, иногда его наз. внутр. электролизом. Т. к. с понижением концентрации катионов металла в р-ре потенциал металла становится более отрицательным, вытеснение из р-ра происходит только вплоть до какой-то миним. концентрации, когда потенциалы вытесняемого и вытесняющего металлов сравняются. Но такая равновесная концентрация часто не достигается вследствие кине-тич. затруднений, в частности явлений поляризации. Для осуществления Ц. необходимо, чтобы разность потенциалов превышала ~ 0,2 В.

Часто Ц. ведут на порошкообразных металлах, хотя в этом случае полученный продукт содержит большой избыток металла-цементатора. Этого недостатка лишена Ц. на листах. Полученная металлич. губка далее обычно переплавляется.

Кроме основной р-ции вытеснения в процессе Ц. могут наблюдаться побочные р-ции - выделение Н ₂, а также окисление и обратное растворение выделившегося металла, что ведет к увеличению расхода цементирующего металла.

Обычно для Ц. используют такие доступные активные металлы, как Zn, Al, Fe. Нередко применяют сплавы, чаще всего это твердые р-ры на основе осаждающего металла, что позволяет тонко регулировать стандартный потенциал. Иногда в качестве добавок вводят примеси, играющие роль деполяризаторов (напр., добавка Sb при очистке цинковых р-ров от Со). Разновидность Ц.- выделение металлов из р-ров с помощью амальгам, напр, амальгамы Zn или амальгамы Na. Для выделения Ga из щелочных алюминатных р-ров используют р-р А1 в жидком галлии (галлама).

Ц. применяют в гидрометаллургии как для очистки р-ров от примесей (напр., р-ров ZnSO₄ от примесей Сu, Cd и т. п. или р-ров NiSO₄ от Сu), так и для выделения основного металла из р-ра (напр., выделение Аu из цианидных р-ров цинком или получение металлич. In Ц. на алюминии). При очистке р-ров в качестве цементатора, естественно, выбирается основной металл.

2) Ц.- разновидность химико-термической обработки металлов, а именно науглероживание пов-сти стальных изделий для увеличения их твердости и стойкости против истирания. Производится нагреванием изделий с угольным порошком и добавками карбонатов (Na, Ва, Са и др.) при 900-930

ЦЕМЕНТА́ЦИЯ -и; ж.

1. Закрепление грунтов, каменных и бетонных кладок путём нагнетания в их щели, скважины цементного раствора. Ц. скважин.

2. Техн. Процесс извлечения из растворов золота, серебра, меди их вытеснением (как более электроположительных) менее благородными металлами (менее электроположительными).

3. Техн. Насыщение поверхности малоуглеродной стали углеродом при высокой температуре в целях создания твёрдого поверхностного слоя. Газовая ц. Твёрдая ц.

4. Процесс сцепления составных частей горной породы выделившимися из раствора минеральными веществами.

* * *

I

(в цветной металлургии), гидрометаллургический процесс извлечения металлов из растворов химическим восстановлением более электроотрицательными металлами. Применяется главным образом для извлечения Cu, Ag, Au (например, осаждение Ag из цианистых растворов).

II

стали, химико-термическая обработка — диффузионное насыщение поверхности стальных изделий углеродом для повышения твёрдости, износостойкости и предела прочности. После цементации изделия подвергают закалке на мартенсит с последующим отпуском.

(a.grouting cementation, cementing; н.Zementation, Zementinjektion; ф.cimentation des roches, injection de ciment, stabilisation au ciment; и.cementacion) - искусств. заполнение трещин, пор и пустот в горных породах цементными растворами, нагнетаемыми под давлением (до 5 МПa и выше). Уплотнившиеся и затвердевшие растворы придают г. п. большую прочность, устойчивость, плотность и газоводонепроницаемость. Применяются Ц. в скальных крупно-, средне- и мелкотрещиноватых, крупнообломочных несвязных, гравийно-галечниковых г. п. Bпервые применена в Германии в кон. 19 в. при проходке шахтных стволов в трещиноватых водоносных породах.

Pазличают Ц. предварительную, т.e. до проведения выработок, и последующую, выполняемую после проведения и крепления выработок. Для Ц. применяют цементы тонкого помола (частицы диаметром 0,233 мм и меньше; частицы размером не более 0,093 мм - не менее 85%). Pаствор может проникать в трещины c раскрытием в 2-3 раза большим диаметра частиц цемента - т.e. 0,2-0,3 мм.

Для экономии цемента и повышения плотности раствора применяются сложные цементно-песчано-глинистые растворы c различными добавками. Aктивные минеральные добавки используются для повышения плотности, водостойкости цементного камня. B качестве пластифицирующих добавок применяется сульфитно-спиртовая барда (0,1-0,2% массы цемента); для придания большей прочности - совместно c нейтрализов. древесным пеком (0,01-0,02% массы цемента) или c абинетатом натрия (0,01-0,02% массы цемента). Для уменьшения водоотделения, увеличения проникающей способности добавляют бентонитовую глину (1-5% массы цемента). Устойчивость от кислотной агрессии и более ускоренное схватывание растворам придают добавки натриевого жидкого стекла (до 5% массы цемента), однако прочность цементного камня при этом снижается.

Добавки-ускорители твердения цементных растворов - хлористый кальций, хлористый натрий, нитрат кальция, поташ, сернокислый глинозём, хлорное железо и др. Добавки-замедлители схватывания - борная и виннокаменная к-ты, гипан, сульфитно-спиртовая барда, сернокислое железо и др. При Ц. солянокислых пород растворы цементов приготовляют на рассолах этих солей. Hаиболее прочные составы растворов - из сульфатостойкого портландцемента, магнези- ального цемента и рассолов хлористого натрия.E. B. Kузьмин.

1) Ц. в цветной металлургии - гидрометаллургич. процесс, осн. на вытеснении более электроположительных металлов из р-ров их соединений менее электроположительными, находящимися в твёрдом состоянии. Важнейшие области применения Ц.: осаждение золота и меди; очистка электролита при производстве никеля.

2) Ц. в металлообработке - один из видов химико-термической обработки металлвч. (преим. стальных) изделий, состоящий в насыщении поверхности углеродом при 900 - 950 °С. Цель Ц. - повышение твёрдости, износоустойчивости и усталостной прочности. Ц. проводят в смесях газов (газовая Ц.), в ваннах из расплавл. солей (жидкая Ц.). Оптим. содержание углерода в цементиров. слое 0,8 -0,9%. Глубина науглерож. при Ц. слоя - от десятых долей мм до 20 мм (чаще 0,5 - 3 мм).

3) Ц. грунтов - способ закрепления грунтов путём нагнетания в скважины цем. или цем.-глинистого р-ра.

ЦЕМЕНТАЦИЯ — (1) в цветной металлургии — гидрометаллургический процесс извлечения металлов из растворов хим. восстановлением более электроотрицательными металлами. Применяется для извлечения меди, серебра, золота и др.; (2) Ц. стали — химико-термическое насыщение поверхностного слоя изделия углеродом для повышения твёрдости, износостойкости и усталостной прочности. После Ц. изделие обычно подвергают закалке (см.) с последующим низким отпуском (см.).