Tsementiitimine

Tsementiitimine ehk tsementeerimine on süsinikuvaeste teraste pinna rikastamine süsinikuga difusiooni teel.

Eesmärgiks on kõva ja kulumiskindel pind koos pehme ja sitke südamikuga.

Süsinikurikka pinna paksus on kuni 10 millimeetrit, tavaliselt 2–3 millimeetrit. Tsementiiditud pinnal tekib 0,5–1,0 millimeetri paksune kiht, kus süsinikusisaldus muutub 1%-st kuni 0,5%-ni.

Kõvaduse saamiseks tehakse veel karastus ja madallõõmutus.

Tsementiiditakse väikese süsinikusisaldusega (0,1–0,2%) teraseid, reeglina legeerteraseid, sest protsessi maksumus ületab oluliselt terase enda maksumust, kuid ka omadused paranevad märgatavalt.

Jagunemine
Kasutatakse kahte tsementiitimise varianti: tahkes ja gaasilises keskkonnas (karburisaatorites).

Tahke tsementiitimine
Tahke tsementiitimine teostatakse teraskastides, kuhu pannakse terasest detailid koos karburisaatoriga. Kastid kaetatakse kaantega, mis tihendatakse saviga ja paigutatakse ahju. Karburisaatoriteks kasutatakse puusütt (tavaliselt tamme või kasepuust), millele lisatakse 10–30% süsihappe soolasid BaCO3, Na2CO3 (sooda), K2CO3 (potas). Soolad aktiveerivad karburisaatori, moodustades temperatuuril 930–950 °C süsihapegaasi, mis omakorda muutub söe pinnal süsioksüüdiks: BaCO3 = BaO + CO2;  CO2 + C = 2CO; 2CO = CO2 + C. Aktiivne atomaarsüsinik difundeerub γ-raua kristallvõresse. Protsess temperatuuril 930–950 °C kestab üle kümne tunni, mille jooksul tekib tsementiiditud kiht paksusega ligi 1 mm.

Gaasiline tsementiitimine
Gaasiline tsementiitimine teostatakse metalsetes konteinerites, mida täitakse tsementiiditava gaasiga. Gaas valmistatakse spetsiaalsetes gaasigeneraatorites. Selleks kasutatakse erinevaid gaasilisi süsivesinikke: metaan, etaan, propaan, butaan. Nende dissotsieerumisel tekivad tsementiiditavad segud, mis sisaldavad CO-d ja atomaarset süsinikku. Ahi töötab pidevas režiimis – ühest konteineri otsast laaditakse tsementiiditavad detailid, teisest võetakse need välja. Kuna gaasilisel tsementiitimisel ei ole vaja karburisaatorit ja kaste kuumutada, on protsess kiirem: 1 mm paksune tsementiiditud kiht moodustub 6–7 tunniga.

Süsiniku jaotus pinnakihis
Süsiniku jaotus pinnakihis on ebaühtlane: pinnal moodustub üleeutektoidne terasstruktuur perliidist ja ekundaartsementiidist, mis sisaldab 0,8–1,2 %C, sügavamal see muutub puhtperliitseks struktuuriks 0,8 %C, põhimetalli pool perliidi sisaldus väheneb, ilmneb ferriit ja struktuur muutub sujuvalt eeleutektoidseks, nagu see on põhimetallis. Pika seisutuse tulemusena kõrgel temperatuuril kasvab metallitera nii tsementiiditud kihis kui ka põhimetallis, eriti pärilikult jämeteralistes terastes. See võib kahjustada terase väsimus- ja löögiomadusi.

Materjaliteadus