Fergana polytechnic insitute mechanical engineering faculty department of mechanical engineering and automation

 
5. 4 - Fig. 
Cementation of steel. 
Cementation is the method of enriching the surface layer of steel with carbon 
atoms. The purpose of cementation is to increase the hardness and strength of the steel 
surface and maintain the viscosity of the core. 
This method is performed in solid and gas environments. In the form of 
carburetors, pistachio coal, methane, natural gas and other carbon-rich substances are 
used. Solid cementation is carried out in steel boxes, gaseous cementation is carried 
out in steel boxes, gas (retorts). Due to the high solubility of carbon in iron , 

cement 
grinding is carried out at 930..950 
0 
C. At high temperature, atomic carbon is formed 
as follows: 

---

60 
S+ 
2
1
0 
2 

SO, 
2 So 

So 
2 
+S 
at
Steel products are enriched with carbon to a depth of 0.5...1.5 mm, the amount 
of carbon in this layer should be 0.8...1.0%. 
Cementation in a solid environment is usually used in granular production, while 
gas cementing is used in serial and mass production . 
Cemented parts (low-carbon steels) are released at low temperatures. Such a 
treated surface increases hardness and corrosion resistance. 
The chemical thermal process in which the surface of steel is enriched with 
carbon by diffusion in a certain medium called carburizer is called cementation. The 
result of the properties of the surface layer of steel is determined thermally after 
chemical thermal treatment. After cementing steels, the purpose of heat treatment is to 
achieve greater surface hardness and increase surface friction resistance, on the other 
hand, surface contact strength and resistance to bending and twisting also increase. 
Usually low carbon (0.1-0.18%C) steels are cemented. In mechanical engineering, 
alloyed low carbon steels are also often cemented. For cementation of large-sized parts, 
the carbon content should be slightly higher (0.2-0.3%). 
Because after such details are found, the middle part of the steel should be 
viscous. Usually, the part must be machined for cementing, only after cementing, there 
should be about 50-100 mm of clearance left for clean machining. But in most cases, 
only a certain part of the detail is required to be cemented. In that case, the part of the 
part that will not be cemented is covered with a thin layer of copper (20-40) by the 
electrolytic method or coated with another mass. 
Structure and formation mechanism of cementite layer. 
Diffusion saturation of the surface layer of steel with nitrogen is called nitriding. 
For this, the temperature of steel 700°Cis heated to 480-, and ammonia (NS 
3 
) is 
dripped into the furnace. 
If nitriding is applied to parts working at a relatively high temperature and in the 
environment created after gas ignition, the service life of the part will increase. In the 

---

61 
car, cylinder liners, valves, gears, shafts and similar details are nitrogenized. The 
reason for the improvement of detail properties during nitriding is that metal nitrides 
are formed in its part, that is, chemical compounds of nitrogen (Cr, Fe, Al, Mo, U, etc.) 
with metals are formed. The hardness of these nitrites reaches 600-1200 Mn/m 
2 . 
Only 
the hardness of iron nitrite does not exceed 500-600 Mn/m 
2 
. Therefore, nitriding is of 
great importance only for alloy steel. In alloy steels that are often nitrogenized, the 
elements are as follows: 0.3-0.4% S, 1.35-1.65% SCH, 0.2-0.3% Mo, 0.7-1, 2% A. 
Then stable nitride compounds can be formed. In production, rust-resistant and fire-
resistant steels, tool steels and stamping steels, as well as structural steels with high or 
low alloying are subjected to nitriding. 
The method of enriching their surface with atomic nitrogen to a certain depth is 
called nitriding of steels. 
ammonia environment at 500-600 
0 C 
(NH 
3 

3N+N). Nitrogen atoms absorb 
into the steel core and form dispersed nitrides, and nitrates give a good result in 
strengthening the enriched layer in steels (35XMyuA) with strong nitride-forming 
substances (Al, Gr, M h , Ti , V, Zr) (hardness
increases to 100 NV). Nitriding is 
performed on finished parts and parts are not welded after nitriding. 
Other types of chemical thermal treatment include nitrocementing, sulphation, 
chalking, metallization, and diffusion methods. 
Nitriding is carried out after all mechanical and thermal treatment of details. 
Nitriding is the last operation, only after that it is possible to carry out polishing to 
obtain a very low layer (0.01-0.02). Nitriding is carried out in hermetically sealed 
muffle furnaces. Factors affecting this process include the heating temperature, the 
time of holding at the heated temperature, and the rate of decomposition of ammonia 
into nitrogen. If we increase the temperature, the diffusion of nitrogen increases, but 
the growth of hardness decreases. Depending on the temperature, the rate of 
decomposition of ammonia can be from 15% to 45%. Nitriding temperature is usually 
chosen in the range of 500-620 
0 
C, the process is very slow. It takes 20-60 hours to 
reach a layer of 0.25-0.65 mm and a nitrogen concentration of 3-4%. In the technology 
of nitriding, the hardness will not be less than 1200 km/m according to Vickers. 

---

62 
If the nitriding temperature increases, the hardness will increase as well as the 
brittleness will increase , but the diffusion rate will be higher at higher temperature. 
Therefore, it is better to carry out the nitrification process in two stages . Nitriding is 
carried out at 620°C500- to ensure the necessary hardness , and then the temperature 
520°Ccan be increased to 600- to increase the diffusion layer. Doing so will speed up 
1.5-2 times. For example, if a thin-walled part is made of 38X2MUa , it is heated to 
500- and 520°Csaturated with nitrogen. How long the process should last depends on 
the thickness of the diffusion layer. The higher the temperature, the greater the 
thickness of the diffusion layer, but the lower the hardness. Typically, the thickness of 
the nitrogen diffusion layer is 0.3-0.6 mm (300-600 μm). If the temperature 520°Cis 
500-, it takes 24-60 hours to get this layer. 
Next, nitriding 570°Cby adding ammonia (metal) at temperature begins to be 
used. After this treatment, a carbonitride layer Fe 
3 
( N,C) is formed on the steel surface. 
Such a layer is less brittle than the nitrogen layer and has a greater abrasion resistance. 
The hardness of the carbonitride layer in alloyed steels is 6000-11000 MPa according 
to Vicker s . 
Such treatment increases the durability of the part and also increases the resistance to 
corrosion. 
Nitrogenation is also carried out in a liquid environment. In the process 570°C, 
for 0.5-3.0 hours, ts ionic salt solutions or 55% carbonide. Dry air is carried out. Due 
to the low temperature, mainly nitrogen diffuses on the steel surface as a result of the 
decomposition of ionic salts . As a result, the iron nitride Fe 
3 
( N,C) layer (7-15 mm) 
is highly resistant to abrasion and less susceptible to brittle erosion. 
Diffusion metallization . Enrichment of the steel surface with aluminum, chromium, 
ammonia and similar elements is called diffusion metallization. Metallized details have 
a number of valuable properties. 
Diffusion metallization can be done in the following ways: 
1. The part to be subjected to diffusion metallization can be placed in liquid metal, 
if it is a metal that melts easily (aluminum, zinc). 
2. It is possible to saturate the surface by diffusion using the electrolyte method . 

---

63 
3. A surface can be saturated using a sublimation phase of a diffusible element. 
4. Diffusion saturation is possible in a gas environment. 
For example, in chrome plating, complex carbides (Cr, Fe) formed on the surface 
become highly heat-resistant due to C 800°C
3 - 
it is possible to work up to. Rust 
resistance is high in water, sea water, and nitric acid.