Светопроводящий бетон: технология изготовления и особенности материала

Светопроводящий бетон: технология изготовления и специфика материала

Благодаря своим эксплуатационным свойствам, бетонные конструкции уже долгое время занимают лидирующие позиции в индустрии строительства. Являясь одним из наиболее востребованных материалов, бетон тем не менее обладает весьма неприглядным внешним видом.

Поэтому, вполне логичным стало появление нового технологичного материала с улучшенными дизайнерскими характеристиками. Светопроводящий бетон полностью аналогичен обычному по прочностным характеристикам, и при этом весьма привлекателен внешне.

История появления

Светопроницаемый бетон стал настоящей находкой для дизайнеров и архитекторов. Нет ни одного аналогичного материала, внешняя привлекательность которого, будет сопоставима с ним по прочности и долговечности.

Изобрел и запатентовал технологию «Litracon» (light transmitting concrete) венгерский архитектор Арон Лосконши.
Задумавшись над тем, как добавить в помещения из бетона солнечного света, при этом не нарушив прочности конструкции, он пришел к идее модификации внутреннего строения бетона.
Добавив в состав раствора светопроводящее оптоволокно, Лосконши получил внешне привлекательные блоки, полностью соответствующие эксплуатационным характеристикам искусственного камня.

Технология

Как производят светопропускающий бетон? Следует отметить, что технология производства постоянно совершенствуется. Тем не менее, строительство монолитных зданий из данного материала пока невозможно.

Из-за специфики производства, литракон выпускается в блоках или плитах.
Используя технологию вибролитья или прессования, в опалубку послойно заливается раствор и закладывается стекловолокно.
Данная методика позволяет получать блоки с хаотичным рисунком, но приложив некоторые усилия, на внешней стороне блока можно получить вполне конкретное изображение.
Габариты блоков соответствуют определенному размеру опалубки, стекловолокно укладывается перпендикулярно внешней эксплуатационной стороне.
После снятия формы, плита или блок шлифуются.

На заметку! Технология вибролитья — процесс сам по себе не сложный, поэтому при желании можно изготовить светопроницаемый бетон своими руками.

Компоненты и оборудование

Для производства бетона со светопроводящими свойства методом вибролитья, необходимо наличие следующего оборудования:

емкость для смешивания раствора,
форма опалубки,
вибростол.

Компоненты раствора классические для мелкозернистого бетона:

портландцемент,
мелкозернистый просеянный чистый песок,
пластификаторы, для улучшения текучести малоподвижных растворов,
вода, без химических примесей.

В зависимости от толщины изготавливаемого блока, потребуется оптоволокно соответствующей длины, диаметром 0,5 – 2,5 мм. Объем стекловолокна в общей массе не должен превышать 5%.

На заметку! Использование малоподвижного раствора предполагает быстрое схватывание слоев заливки. Можно упростить процесс, используя малоподвижные составы, сохраняющие форму после уплотнения.

Состав и процесс приготовления

Составляющие раствора для изготовления светящегося бетона смешиваются в пропорции 1:3 или 1:2,5. Объем добавленной воды не должен превышать 50% от количества цемента.

Для простоты понимания, приведем количественные значения компонентов, необходимых для изготовления 1 м3 светопроводящего бетона:

портландцемент – 0,5 т,
чистый песок – 1,5 т,
вода — 0,25 т.

Используя присадки для улучшения пластичности раствора, внимательно ознакомьтесь с рекомендациями производителя. Инструкция по применения прописана на упаковке. Для начала следует тщательно перемешать сыпучие компоненты до однородного состава, затем вводится вода.

Жидкий раствор перемешивается ещё в течение 5 минут. В условиях введения пластификатора время смешивания немного увеличивается.

Эксплуатационные характеристики

По сути, светящийся бетон – это композитный материал, получаемый методом вибролитья или прессования. Это обуславливает технические характеристики получаемого материала.

Композит на основе мелкозернистого бетона обладает следующими качествами:

Прочность на сжатие	до 35 МПа
Прочность на изгиб	более 2 МПа
Водонепроницаемость	не менее W4
Морозостойкость	минимум 75 циклов
Водопоглощение	не более 6%

На заметку! При изготовлении светопроницаемого бетона не используется крупный наполнитель, поэтому оптоволокно дополнительно исполняет роль армирующего компонента.

Область применения

Светопроницаемый бетон не является прозрачным в полной мере. Сквозь такую стену проникает свет, можно рассмотреть контуры, но рассмотреть детали предметов невозможно.

При этом, достаточная прочность блоков позволяет сооружать из него внутренние перегородки и части несущих стен. Но поскольку, из-за использования в производстве оптоволокна, цена на материал довольно высока, чаще всего его применяют для декоративной отделки.

Распиленный на плитку, бетонный светопропускающий материал можно использовать в качестве отделки:

стен,
полов,
лестниц,
потолков,
предметов интерьера,
мебели.

Характеристики позволяют использовать его в качестве основного материала для строительства зданий. Несмотря на то, что это очень дорого, такие строения уже существуют. На фото ниже показаны несколько дизайнерских объектов, реализованных с использованием светопропускающего бетона.

Светопропускающие бетонные блоки: изготавливаем самостоятельно

Очень высокая цена промышленного светопрозрачного бетона, не позволяет довольно широко его использовать. Но для сокращения затратной части, можно изготовить такие блоки самостоятельно.

Для этого необходимо:

подготовить опалубку нужного размера прямоугольной формы;
залить первый слой раствора и слегка уплотнить;
выложить оптоволокно и вдавить в раствор;
дать раствору схватиться.

Заполнение формы происходит в несколько этапов. Слои повторяются до полного заполнения опалубки.

На заметку! При самостоятельном изготовлении светопрозрачного бетона, периодичность слоев волокна будет меньше, чем у заводского композита, но декоративные свойства материала будут идентичны.

Использование подвижных смесей сместит пучки волокна, и даст эффект неравномерности распределения. Это несколько ухудшит светопроводимость, но даст уникальный узор на поверхности. При любом составе раствора, закладка следующего слоя производится после схватывания предыдущего.

Наиболее детально ознакомиться со светящимися блоками можно, посмотрев видео в этой статье.

Окончательная обработка

Снятие опалубки производится не ранее чем через 2 суток после схватывания последнего слоя заливки:

После этого, блок следует выдержать в течение 5 дней в условиях:

температура +20 0 С;
относительная влажность 95%.

В этот период, бетон наберет до 80 % своей максимальной прочности, и дальнейшая обработка ему не навредит.
После того, как блок достали из опалубки, его необходимо отшлифовать. Дело в том, что в процессе производства концы пучков оптоволокна затянутся бетонным молочком, и не будут пропускать свет.
Рабочая сторона блоков, перпендикулярная направлению укладки волокна, шлифуется алмазными дисками.

Заключение

Светопроницаемый бетон является уникальным материалом, сохраняющим прочность обычного состава, но при этом обладающим прекрасными внешними данными. Такой материал вполне подойдет для устройства перегородок, придав при этом помещению уникальность, и добавив немного солнечного света.

Если нет возможности приобрести довольно дорогой композит в готовом виде, вполне возможно изготовить плитку для отделки или блоки нужных размеров своими руками.

Что такое прозрачный бетон и где его применяют, как приготовить самостоятельно

Бетон – один из самых прочных материалов, применяемых в строительстве. За счет своих характеристик он способен прослужить длительный период времени. Специалисты отмечают, что у такого раствора имеется один недостаток, который влияет на популярность – бетон обладает неэстетическим видом. По этой причине, после его использования приходится тратить денежные средства и время на дополнительную отделку.

Однако развитие технологического прогресса позволило создать новый вид материала – прозрачный бетон. Объекты, созданные с помощью такой смеси, способны пропускать некоторую часть лучей искусственного или естественного света. Новый подход расширил область применения прозрачного бетона. Технология производства дает возможность любому желающему самостоятельно создать его. Для этого необходимо знать основные характеристики и области применения.

Что собой представляет светопроводящий бетон

Светопроводящий бетон впервые был запатентован венгерским специалистом. После этого он обрел популярность во всем мире. Главная идея заключалась в создании такого строительного материала, который сможет отвечать всем стандартам качества и пропускать в помещение дополнительный свет. При этом прочность должна была оставаться на прежнем уровне. После многочисленных попыток на рынок вышел новый вид бетона – Литракон (светопрозрачный бетон).

Свойства прозрачности были достигнуты за счет усовершенствования состава. Из него были убраны крупные заполнители и были добавлены тонкие нити, способные проводить свет.

Кроме этого в состав вошли:

стекловолокно;
композиционные материалы мелкозернистого типа;
портландцемент;
песок;
вода;
пластификаторы.

На рынке представлены смеси классических и нестандартных оттенков: серый, черный, красный и т.д.

Попадая на торцевую сторону блока, свет отражается и в некоторых местах преломляется, после чего проходит сквозь и выходит на другой стороне. В результате образуется закономерность, указывающая на то, что уровень светопропускаемости зависит не от толщины бетонного изделия, а от плотности нитей. Таким образом, чем выше этот показатель, тем больше света проходит через объект.

Если источник света отсутствует, то внешний вид такого бетона ничем не отличается от стандартного. Свойство прозрачности появляется только в светлое время суток или при включении ламп или других осветительных приборов.

Стоимость

Прозрачный бетон обладает единственной отрицательной стороной – ценой. Новая технология, используемая при создании смеси, и применяемые материалы, требуют больших затрат. В зависимости от производителя стоимость прозрачного бетона может сильно варьироваться.

Такая цена объясняется еще одним фактором – небольшим спросом на изделия из смеси. Строительные и архитектурные фирмы редко применяют в своей работе такой материал. Поэтому предприятий, занимающихся выпуском прозрачного бетона, не так много. В основном они сконцентрированы за рубежом. Отсюда появляется еще одна статья расходов, влияющая на стоимость товара – транспортировка.

Свойства

Специалисты разработали состав светопрозрачного бетона таким образом, что у него возникло множество полезных свойств:

повышенная прочность;
шумоизоляция;
высокий процент теплоизоляции;
водостойкость.

Стекловолокно, которое добавили в состав усовершенствованного бетона, придало смеси еще ряд характеристик:

6% уровень влагопоглощения;
повышенная пропускная способность (до 2 метров);
хорошая переносимость воздействия пониженных температур, ультрафиолетовых лучей;
прочность в момент изгибов и сжатия.

Прозрачный бетон хорошо крепится к любым поверхностям. Для этого используют строительные растворы, смеси клея, анкеры и т.д.

В зависимости от марки бетона тип обработки может отличаться. Так выпускают панели матового и глянцевого (отполированного) вида.

Чтобы защитить изделия от влаги, перед использованием поверхность обрабатывают защитными составами, пропитками или лаками. В результате повышается срок эксплуатации.

Сфера применения

Прозрачный бетон приобретают только в том случае, если необходимо придать объекту декоративный вид.

Сфера использования бетона — создание:

объектов интерьера (светильники);
мебели (столешницы, скамейки, стулья);
ниш или перегородок;
сантехнического оборудования;
дизайнерского оформления стеновых панно и т.д.

Так в общественных заведениях нередко можно встретить барные стойки, святящиеся столешницы или ресепшн из прозрачного бетона.

Для придания интерьеру необычности его используют в заливке полов, при этом обеспечивая подсветку. Популярен материал в оформлении улиц города. Из него делают фонари, фонтаны, вывески.

При строительных работах из него могут возводиться здания или отдельные фасады.

Как приготовить

Если нет возможности приобрести Литракон у производителей, сделать его самостоятельно можно в домашних условиях. Однако процедура выполняется заблаговременно до строительных работ.

Сам процесс производства состоит в поэтапной укладке всех компонентов и в дальнейшей обрабатывающей процедуре.

Перед началом следует знать, что, несмотря на легкость процедуры, создание прозрачного цемента может вызвать много проблем, если ошибиться в пропорциях.

Для создания Литракона необходимо иметь:

чистую воду;
сухую смесь цемента (только с мелкими зернами);
стекловолокна (подбираются в зависимости от толщины плиты).

Имея необходимый материал, можно приступить к самой процедуре. Для этого следует пройти несколько этапов:

Создание плавающей опалубки, которая после застывания будет транспортироваться вверх.
Установка опалубки и заливка раствора (тонким слоем).
Укладка стекловолокна в смесь. Линии должны быть направлены в одну сторону.
Утрамбовка волокон.
Сушка раствора.

Процедура повторяется до тех пор, пока опалубка полностью не заполниться, и не будет, достигнут нужный параметр объекта.

Есть некоторые нюансы, которые необходимо учитывать при создании бетона:

количество воды не должно составлять больше половины количества цемента;
в смесь можно добавить модификаторы, если в них имеется необходимость;
для хорошей проводимости света важно уделить внимание шлифовке боковых поверхностей;
для полного застывания требуется около 5 дней.

Конечный этап предполагает обработку бетона. В зависимости от предпочтений поверхности придают матовый или глянцевый вид.

В заключении

Литракон – материал, применяемый в современном строительстве. Он заслужит лидирующую позицию среди прочих смесей, за счет привлекательного внешнего вида и высоких прочных характеристик. Качественно созданный состав позволяет изделиям из прозрачного бетона прослужить долгий период.

Это стоящая находка для тех, кто хочет создать в своем доме необычную атмосферу. Бетон применяется в разных сферах, начиная от создания мебели, до возведения зданий и сооружений.

На рынке представлен широкий каталог строительных материалов, включающий изделия любого цвета. Поэтому прозрачный бетон сможет удовлетворить спрос любого клиента.

Если нет возможности приобрести материал у производителей, приготовить его можно в домашних условиях. Для этого надлежит изучить основные нюансы и состав смеси. После этого в несколько этапов можно создать прозрачный бетон самостоятельно.

Сфера использования и приготовление светопроводящего бетона

Уже более 50 лет бетон является самым популярным строительным материалом. Благодаря высокой прочности, плотности и устойчивости к перепадам температур, бетонные основания служат дольше всего. Но, этот материал обладает довольно скудными эстетическими показателями, что значительно сужает сферу его применения при строительстве. Для решения этой проблемы был разработан прозрачный бетон (или как его еще называют светопропускающий или «Литракон»). Это инновационный материал, который только начинает завоевывать рынок. Рассмотрим подробнее, что входит в состав этого материала, какими свойствами он обладает и где применяется.

Что собой представляет прозрачный бетон

Данная модификация была разработана архитектором из Венгрии Ароном Лошонци, который экспериментировал со строительными материалами. С его легкой руки 15 лет назад на свет появился светопроводящий бетон, который состоит из:

цемента;
мелкозернистого песка;
фиброоптических волокон (диаметр нитей 0,5-2,5 мм), которые выполняют роль светопропускающего наполнителя;
специализированных добавок, которые улучшают формуемость малоподвижного раствора.

Крупнофракционные наполнители при изготовлении светопрозрачного бетона не используются.

Волокно-оптические стеклянные нити обязательно сертифицируются. В документах указывается, что материал является экологически чистым.

Сразу стоит сказать, что стоимость качественного прозрачного бетона очень высока, если у вас есть возможность, то лучше заказывать материал из Европы. Тем не менее, отечественные производители уже начали осваивать технологию производства этого уникального состава. Правда, цена от этого уменьшилась не сильно.

Стоимость прозрачного бетона

Сегодня на российском рынке продажей этого уникального материала занимаются две компании Litracon и Lucem. Однако стоит учитывать, что эти компании не являются производителями. Это посредники официальных европейских компаний, которые как раз и изготавливают светящийся бетон. Соответственно в стоимости не учитываются затраты на доставку.

Тем не менее, вы можете заказать декоративные плиты любого размера, формы или цвета. Можно даже приобрести полотна, в которых волокна стекловолокна будут выложены в форме логотипа или изделия, а также блоки оборудованные светодиодной подсветкой. Разумеется, стоимость в этом случае будет в разы выше.

Если говорить о цене «типовых» панелей из прозрачного материала, то:

Сборная панель Litracon Classic размером 1200 Х 400 мм и толщиной 25 мм обойдется не меньше 90 000 рублей. Если толщина будет увеличена до 200 мм, то стоить он будет уже 320 000 рублей.
Чуть дешевле обойдется блок Litracube Lamp размером 221 Х 175 Х 175 мм и толщиной 25 мм. За него можно заплатить от 54 000 рублей.
Плита из легкого бетона от компании Lucem (1250 Х 650 мм) толщиной 15-50 мм будет стоить не меньше 90 000 рублей.
Светящаяся столешница Lucem размером 1200 Х 600 мм обойдется в 89 500 рублей.

Ко всем ценам прибавляется стоимость доставки.

Многие полагают, что из-за своей прозрачной структуры, такой бетон обладает очень низкими прочностными показателями и другими характеристиками. Рассмотрим их подробнее.

Свойства прозрачного бетона

Несмотря на свою прозрачность, этот материал обладает такими же свойствами, как и обычный бетон. Более того, по некоторым показателям он даже превосходит своего «серого собрата». Это объясняется тем, что в его составе содержится стекловолокно, которое является отличным армирующим материалом.

Светящийся материал обладает следующими характеристиками:

прочностью: на сжатие в диапазоне 20-35 МПа, на изгиб 30 Ptb, а на растяжение не меньше 2;
плотностью – 2300 кг/см 3 ;
теплопроводностью – 2,1 Вт/(м∙К );
морозостойкостью до F75;
водонепроницаемостью – W4-W8;
звукоизоляционными свойствами – 46 дБ;
водопоглощением в пределах 6%.

При этом на материал, свободно пропускающий световой луч, не оказывает никакого влияния УФ-излучение. Тем не менее, существует риск возникновения незначительных щелочно-силикатных реакций, в случае обильных осадков. Поэтому лучше выбирать изделия с более тонким сечением нитей, тогда повреждения будут минимальными.

Толщина плит прозрачного бетона обычно не превышает 20 см. Однако, этот показатель никак е влияет на светопропускную способность материала. Даже, если толщина стены составит 2 м, свет все равно будет свободно проходить через нее.

Днем плиты пропускают естественный свет, а в ночное время – искусственный, благодаря чему можно добиться очень необычных дизайнерских решений как в интерьере квартиры, так и при постройке загородного дома.

Сфера применения прозрачного бетона

Так как блоки выпускаются любого размера и цвета, полированные или матовые, сфера их применения не ограничена. Изделия этого типа можно использовать в строительстве. Они оптимальны для внутренней отделки помещений, а также при сооружении:

перегородок;
лестниц;
вставок и многого другого.

Светящейся панели допускается использовать наравне с изделиями из стандартного бетона. Однако, стоимость прозрачного строительного материала настолько высока, что его используют только при возведении зданий особого архитектурного значения.

Если же говорить о рядовых гражданах, то они часто применяют этот необычный композит для изготовления:

скамеек;
столешниц;
раковин;
декоративных фонтанов;
подсвеченных ниш в стенах.

Если потратиться на небольшие панели, то можно изготовить из них куб и поместить внутрь него лампу. Таким образом, вы получите очень необычный светильник.

Также, из прозрачного бетона можно сделать барную стойку, которая будет разделять кухню и спальню в квартире-студии.

Разумеется, покупать для обычного ночника панели стоимостью 90 000 рублей никому не хочется. В этом случае прозрачный композит можно попробовать изготовить своими силами.

Как приготовить прозрачный бетон

В первую очередь стоит сказать, что для производства такого композита требуется специализированное оборудование. Так как компоненты состава укладываются послойно, после каждого последующего слоя требуется обработка. Тем не менее, существуют кустарные методы, позволяющие приготовить материал, напоминающий прозрачный бетон, своими руками.

Для этого потребуется:

1 доля ПЦ;
2,5-3 доли песка (в нем не должно содержаться суглинков и пыли);
светопроводящий наполнитель — (не более 5% от общей массы замеса);
модифицирующие добавки.
0,5 частей проточной воды.

Раствор замешивается в принудительном смесителе (лучше готовить бетон маленькими порциями). Сначала необходимо смещать песок и цемент. После этого в смесь добавляется вода, и раствор перемешивается не менее 6 минут. На следующих этапах подготавливается скользящая опалубка, и производятся следующие операции:

В опалубку выкладывается слой бетона высотой порядка 0,5-1 см.
На него укладывается слой волокон (их нужно немного вдавить в раствор).
После этого необходимо подождать пока слой «схватится».
Процедура повторяется до полного заполнения опалубочной конструкции.

После этого, необходимо подождать порядка 72 часов и снять опалубку. На протяжении недели заготовку необходимо хранить при температуре +20 градусов и влажности воздуха не менее 95%. Спустя 7 дней, бетон наберет максимальную прочность, тогда можно будет произвести шлифовку поверхностей. Для финишной обработки лучше всего использовать алмазные диски.

Готовые блоки монтируются при помощи стандартных кладочных смесей. Для склеивания изделий можно применять эпоксидную смолу с наполнителем из кварца.

В заключении

Прозрачный бетон – это очень дорогое удовольствие, поэтому никто не использует его для возведения домов. Однако, если применять его в декоративных целях, можно добиться потрясающего эффекта.

Сфера использования и приготовление светопроводящего бетона

При строительстве любого объекта применяются самые разные материалы, наиболее востребованный и широко используемый из них – бетон. Изделия, изготовленные с применением бетона, имеют большой срок службы, устойчивы к перепадам погодных условий и температур, обладают повышенной прочностью.

Однако прогресс коснулся и строительных технологий. Сегодня на строительном рынке появился необычный стройматериал – прозрачный бетон, другое название – литракон.

Основные характеристики литракона

Главное преимущество нового материала – его экологическая чистота и безопасность. Входящие в состав прозрачного бетона компоненты не содержат примесей, вредных для здоровья человека, и проходят предварительную экологическую экспертизу.

Литракон характеризуется повышенной прочностью. Одним из положительных качеств прозрачного бетона является его шумо и теплоизоляция, он доступен для изготовления своими руками.

Недостатки у литракона тоже имеются. Технология производства не позволяет осуществлять его изготовление непосредственно в опалубке на строительных площадках. Однако самый большой минус прозрачного бетона – это его цена. Именно из-за его дороговизны, литракон чаще используется не для строительства, а для дизайнерских решений, в виде вставок или отдельных элементов декора.

Что собой представляет прозрачный бетон

цемента;
мелкозернистого песка;
фиброоптических волокон (диаметр нитей 0,5-2,5 мм), которые выполняют роль светопропускающего наполнителя;
специализированных добавок, которые улучшают формуемость малоподвижного раствора.

Крупнофракционные наполнители при изготовлении светопрозрачного бетона не используются.

Технология производства

Для производства прозрачного бетона потребуется специальное оборудование в виде вибростола. Заранее следует подготовить опалубку. Стекловолокно по своей длине должно соответствовать длине опалубки.

Раствор рекомендуется готовить небольшими порциями. Сначала смешивается сухой цемент и песок в пропорции 1:3. Далее в сухую смесь добавляется чистая вода, ее количество составляет около 50% от количества цемента.

После добавления в смесь воды раствор перемешивается миксером в течение 5–6 минут. Затем в подготовленный раствор добавляются пластификаторы, и смесь опять тщательно перемешивается.

После приготовления раствора его укладывают тонким слоем, примерно в 1 см, в подготовленную опалубку сверху размещают стекловолокна, слегка вдавливая их в раствор.

Следующий слой заливается в той же последовательности, но только после того, как выложенный слой раствора хорошо «схватится». Такая процедура выполняется до полного заполнения опалубки.

Как только вся форма будет заполнена, смесь оставляют до полного застывания примерно на трое суток. Затем опалубочная форма снимается, заготовка доходит до окончательной кондиции еще в течение недели, набирая прочность.

Окончательный этап — шлифование поверхностей при помощи алмазных дисков для удаления всех шероховатостей и придания эстетичного вида. Для монтирования готовых блоков используют стандартные готовые смеси, склеивают изделия эпоксидной смолой.

Области применения

Благодаря высокой вариативности выпуска прозрачного бетона сфера применения для него расширилась до бесконечности. Самое простое использование, конечно же, в строительстве.

Идеально подходит для внутренней или внешней отделки. Особенно оригинально смотрится вместо окна на балконе. Вечером свет из окон создаст на бетоне красивый орнамент, что придаст квартире изюминку. Также подходит для сооружения перегородок и лестниц.

Прозрачный бетон полюбился обычным потребителям для создания:

Лавочек;
Необычных фонтанов;
Ночников или декоративного освещения;
Подсвеченных стен.

Создание подобных творений дизайнерской мысли может быть неосуществимым из-за высокой цены одной панели. В этом случае можно создать такой бетон самому.

Область использования светопроводящего бетона

Из-за своей высокой стоимости литракон применяется для возведения особо значимых зданий. Сфера его использования не имеет границ, однако, чаще всего изделия из светопроводящего бетона применяют в возведении лестниц, перегородок, декоративных вставок.

Из него изготавливают раковины для частных домов и квартир, столешницы, декоративные фонтаны и другие изделия по заказу отдельных людей. Нити стекловолокна, входящие в состав литракона, создают неповторимые узоры.

Блоки из прозрачного бетона можно приобрести уже готовые, но можно сократить стоимость, изготовив их самостоятельно. Технология изготовления проста и понятна.

Свойства прозрачного бетона

Светящийся материал обладает следующими характеристиками:

прочностью: на сжатие в диапазоне 20-35 МПа, на изгиб 30 Ptb, а на растяжение не меньше 2;
плотностью – 2300 кг/см3;
теплопроводностью – 2,1 Вт/(м∙К );
морозостойкостью до F75;
водонепроницаемостью – W4-W8;
звукоизоляционными свойствами – 46 дБ;
водопоглощением в пределах 6%.

Раскрутка и запуск

Для раскрутки компании понадобится продуманная маркетинговая стратегия. Разместить рекламу продукции нужно в социальных сетях, на специализированных строительных сайтах. Можно распечатать специальные буклеты и предложить сотрудничество крупным архитектурным компаниям и дизайнерам. За определенный процент от продажи дизайнеры охотно будут рекомендовать материал своим клиентам. Предложение уникальное, поэтому этот вариант выглядит самым перспективным.

Охотно будут сотрудничать с производством изготовители бытовой и офисной мебели. Прозрачный бетон придаст необычности проектам. Также предложите продукцию изготовителям дверей и строительным компаниям.

Эффективно запустить рекламу на телевидение и по радио. Материал мало известен в России, и пользователям необходимо познакомиться с ним в деле. Со временем производство обрастает постоянными клиентами и начнет приносить прибыль.

Как изготовить такой материал самостоятельно

Стоимость квадратного метра заводской плиты измеряется десятками и сотнями тысяч рублей. Чтобы избежать крупных расходов, можно изготовить материал в домашних условиях. Для этого понадобятся (в частях):

1 – портландцемент М300;
2,5-3 – просеянный и промытый кварцевый песок фракцией 2-3 мм;
0,5 – чистая водопроводная вода (она не содержит примесей).

Стекловолокно нарезают фрагментами. Длину измеряют по толщине планируемого полотна. Также понадобятся материалы для водонепроницаемой опалубки.

Обратите внимание! По технологии заливка раствора проводится послойно. Поэтому конструкция опалубки должна быть вертикального типа.

Описание процесса подготовки литракона

Производственная часть начинается с приготовления раствора. Сначала смешиваются сухие компоненты, затем добавляются жидкости. Смесь доводят до однородного состояния. Лучше использовать строительный миксер или дрель с насадкой. На замес потребуется около 8 минут. Если используются пластификаторы или иные присадки, то время может быть увеличено. Главное, чтобы раствор не начал схватываться до погружения в него оптических нитей.

Скользящая опалубка может быть квадратной или прямоугольной формы (получаются блоки или плиты). Важно обеспечить герметичность, чтобы влага уходила постепенно, раствор оставался в пределах заготовленной формы.

История появления

Изобрел и запатентовал технологию «Litracon» (light transmitting concrete) венгерский архитектор Арон Лосконши.
Задумавшись над тем, как добавить в помещения из бетона солнечного света, при этом не нарушив прочности конструкции, он пришел к идее модификации внутреннего строения бетона.
Добавив в состав раствора светопроводящее оптоволокно, Лосконши получил внешне привлекательные блоки, полностью соответствующие эксплуатационным характеристикам искусственного камня.

Вид на ночное здание Центра исполнительских искусств Перельмана в ВТЦ, Нью Йорк. Конструкция строения собрана из блоков светопроводящего бетона

Преимущества и особенности

В составе светопропускающего бетона находятся только безопасные компоненты, которые предварительно проходят экологическую экспертизу и не содержат вредных примесей. Это значит, что использование материала не несет вреда окружающей среде и здоровью жильцов.

Из недостатков выделяется лишь тот факт, что литракон практически невозможно получить в опалубке на строительной площадке. Поэтому в большинстве случаев его покупают в специальных строительных гипермаркетах, а изготовляют на промышленных предприятиях, имеющих соответствующее оборудование.

Для изготовления волокна нужно применять метод послойного наложения стекловолокна и мелкозернистой бетонной смеси. Как только раствор окончательно схватится и наберет нужную прочность, поверхность блока обрабатывается еще раз. Это требуется для получения отличных светопроводящих характеристик.

Первое применение светопроводящего бетона выглядит слегка странно. Дизайнеры попытались изготовить на основе материала причудливый светильник в виде куба, вес которого составил около 10 килограмм. Вскоре сферы применения литракона стали расширяться, и он стал активно захватывать рынок стройматериалов.

Сегодня из прозрачного бетона выполняют самые различные декоративные задумки и воплощают любые дизайнерские решения в строительстве помещений и оформлении интерьера. Фантазии творческих людей могут ограничиваться только довольно высокой стоимостью материала.

Что касается самостоятельного изготовления, то сложности в выполнении такой задачи связаны с необходимостью включать в структуру около 4 процентов оптоволокна от общей массы. При этом все его нити должны размещаться в одном конкретном направлении, что усложняет производство.

Изготовление

Основная сложность самостоятельного изготовления заключается в том, что технология прозрачного бетона требует включения в структуру ровно 4 процента оптоволокна от общей массы материала. Причем, все его нити должны располагаться строго в одном направлении.

Материалы

Итак, чтобы создать самостоятельно литрокон, нужно подготовить все необходимые материалы:

Сухую мелкозернистую цементную смесь;
Чистую воду;
Стекловолокно диаметром 0,25-3 мм. Длина волокна должна соответствовать толщине плиты.

Технология изготовления

Инструкция по изготовлению светопроводящих панелей выглядит следующим образом:

В первую очередь необходимо выполнить конструкцию, которая напоминает короб. По сути это плавающая опалубка, которая по мере схватывания раствора, должна плавно смещаться вверх.
Полученный короб следует установить на ровную горизонтальную поверхность и залить в него небольшое количество раствора, распределив тонким слоем.
Поперек свежезалитого слоя равномерно укладывается стекловолокно и слегка утапливается.
После того как раствор схватится, дозированно заливается следующая порция раствора и поверх него также укладывается слой стекловолокна.
Данная процедура повторяется до тех пор, пока опалубка полностью не заполнится.
Когда застынет последний слой раствора, нужно снять опалубку.
Затем выполняется шлифовка и полировка боковых поверхностей блока, к которому стекловолокно расположено перпендикулярно.

Совет! Выполнить опалубку можно из фанеры, пластика или другого листового материала.

Готовые прозрачные панели

На этом процесс изготовления данного материала завершен. Конечно, эта работа требует определенного времени, усидчивости и упорства, однако результат оправдывает все эти сложности. После получения некоторого опыта, последующие образцы могут получиться более высокого качества.

Все о цементации металла на примере стали

Цементация, осуществляемая в различных средах и исключительно под воздействием высоких температур, является очень распространенным методом химико-термической обработки металла, успешно применяемым уже не один десяток лет.

Подготовка деталей для цементации

Сущность процесса цементации

Смысл любых методов химико-термической обработки металлов, к числу которых относится и цементация стали, заключается в том, что изделие нагревают до высокой температуры в специальной среде (жидкой, твердой или газообразной). Такое воздействие приводит к тому, что меняется химический состав металла – поверхность обрабатываемого изделия насыщается углеродом, в итоге становится более твердой и износостойкой. Что важно, сердцевина обработанных деталей остается вязкой.

Добиться желаемого эффекта после такого воздействия на металл можно лишь в том случае, если обработке подвергают низкоуглеродистые стали, в составе которых углерода содержится не более 0,2%. Для того чтобы выполнить цементацию, изделие нагревают до температуры 850–950 градусов Цельсия, а состав среды подбирают таким образом, чтобы она при нагреве выделяла активный углерод.

Если цементацию стали проводить квалифицированно, можно не только изменить химический состав металлического изделия, но также преобразовать его микроструктуру и даже фазовый состав. В результате удается значительно упрочнить поверхностный слой детали, придать ему характеристики, сходные со свойствами закаленной стали. Для того чтобы добиться таких результатов, необходимо правильно подобрать параметры химико-термической обработки металла – температуру нагрева и время выдержки обрабатываемого изделия в специальной среде.

Оборудование для вакуумной цементации стали

Данная технологическая операция является достаточно продолжительной по времени, так как процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом проходит очень медленно (0,1 мм за 60 минут). Учитывая тот факт, что упрочненный поверхностный слой для большинства изделий должен составлять не менее 0,8 мм, можно рассчитать, что на выполнение цементации металла необходимо будет затратить не менее 8 часов. Основными типами сред для выполнения цементации металла (или, как их правильно называют, карбюризаторами) являются:

газообразные среды;
растворы электролитов;
пастообразные среды;
кипящий слой;
твердые среды.

Читайте также:

Тиски слесарные поворотные

Наиболее распространенными являются газообразные и твердые карбюризаторы.

Зависимость толщины цементованного слоя от времени и температуры обработки

Проведение цементации стали в твердой среде

Чаще всего для выполнения цементации металла в твердой среде используется смесь, состоящая из углекислого натрия, бария или кальция и березового или дубового древесного угля (70–90%). Перед этим все компоненты такой смеси измельчаются до фракции 3–10 мм и просеиваются, что необходимо для удаления слишком мелких частиц и пыли.

После того, как компоненты смеси для химико-термической обработки металла подготовлены, их можно смешать несколькими способами.

Компоненты смеси (соль и уголь) тщательно перемешиваются в сухом состоянии. Если пренебречь этим требованием, то после окончания процесса цементации на поверхности изделия могут образоваться пятна.
Соль растворяют в воде и полученным раствором поливают древесный уголь, после чего его просушивают до достижения влажности не более 7%.

Следует отметить, что второй способ предпочтительнее, так как позволяет получить смесь с более равномерным составом.

Как в производственных, так и в домашних условиях цементация изделий из стали выполняется в ящиках, в которые засыпан карбюризатор. Чтобы улучшить качество поверхностного слоя обрабатываемого металла, а также сократить время, идущее на прогрев ящиков, лучше всего изготавливать их максимально приближенными к размерам и формам деталей.

Оптимальные условия для протекания цементации стали можно создать, исключив утечку газов, образующихся в карбюризаторе в процессе нагрева. Для этого ящики, у которых должны быть плотно закрывающиеся крышки, тщательно обмазывают огнеупорной глиной перед помещением в печь.

Естественно, использовать специально изготовленные ящики целесообразно лишь в промышленных условиях. Для цементации металла в домашних условиях применяют ящики стандартных размеров и формы (квадратные, прямоугольные, круглые), подбирая их в зависимости от количества обрабатываемых деталей и внутренних размеров печи.

Оптимальным материалом для таких ящиков является жаростойкая сталь, но может быть использована и тара из малоуглеродистых сплавов. Технологический процесс цементации изделий из металла выглядит следующим образом.

Наглядное изображение изменения структуры после цементации

Подготовленные для обработки детали укладывают в ящики, пересыпая слоями карбюризатора.
Наполненные ящики, обмазанные огнеупорной глиной, помещают в предварительно прогретую печь.
Выполняют так называемый сквозной прогрев ящиков с деталями, при котором они нагреваются до температуры 700–800 градусов Цельсия. О том, что ящики хорошо прогрелись, судят по цвету подовой плиты: на ней не должно быть темных пятен в местах соприкосновения с тарой.
Температуру в печи поднимают до 900–950 градусов Цельсия. Именно при таких значениях проводят цементацию стали.

Высокая температура и специальная среда, в которой находится металл, способствуют тому, что происходит диффузия атомов активного углерода в кристаллическую решетку стали. Следует отметить, что выполнение цементации стали возможно в домашних условиях, но часто не позволяет добиться желаемого эффекта. Объясняется это тем, что для процесса цементации необходима длительная выдержка детали при высокой температуре. Как правило, это трудно обеспечить в домашних условиях.

Цементация деталей в газовой среде

Авторами данной технологии являются С. Ильинский, Н. Минкевич и В. Просвирин, которые под руководством П. Аносова впервые использовали ее на комбинате в г. Златоусте. Суть данной технологии заключается в том, что обрабатываемые детали из металла нагреваются в среде углеродосодержащих газов, которые могут быть искусственного или природного происхождения. Чаще всего используется газ, который образуется при разложении продуктов нефтепереработки. Такой газ получают следующим способом:

нагревают стальную емкость и подают в нее керосин, который при испарении разлагается на смесь газов;
состав некоторой части (60%) полученного газа модифицируют (крекирование).

Полученная смесь и используется для выполнения химико-термической обработки стали.

Процесс цементации стали

Если цементацию стали провести с применением только пиролизного газа, без добавления крекированного, то глубина науглероженного слоя будет недостаточной. Кроме того, в таком случае на поверхности обрабатываемой детали осядет большой слой сажи, на удаление которого может уйти много времени и сил.

Печи, которые используются для выполнения газовой цементации металла, должны герметично закрываться. На современных производственных предприятиях применяют два основных типа таких печей: методические и стационарные. Сам процесс цементации в газовой среде выглядит следующим образом. Обрабатываемые детали помещают в печь, температуру в которой доводят до 950 градусов Цельсия. В нагретую печь подают газ и выдерживают в нем детали определенное время.

По сравнению с цементацией стали с использованием твердого карбюризатора, данная технология имеет ряд весомых преимуществ:

обеспечение лучших условий для обслуживающего персонала;
высокая скорость достижения требуемого эффекта за счет того, что детали в газовой среде могут выдерживаться меньшее количество времени (к тому же не требуется время для приготовления твердого карбюризатора).

Цементация стали в домашних условиях

В каких еще средах может проводиться цементация стали

Отдельные сорта углеродистых, низкоуглеродистых и легированных сталей, в частности 15, 20, 20ХГНР, 20Х, 20Х2Н4А, 18Х2Н4ВА, 20Г, 12ХН3А и др., могут проходить цементацию в других средах.

В такой среде можно науглероживать только детали, отличающиеся небольшими размерами. Основывается данный метод на анодном эффекте, благодаря которому и происходит насыщение поверхности металла углеродом, содержащимся в растворе электролита. Для того чтобы раствор содержал достаточное количество активного углерода, в него добавляют глицерин, ацетон, сахарозу и другие вещества. Перед тем, как поместить деталь из стали в раствор, его нагревают до температуры 450–1050 градусов Цельсия (в зависимости от обрабатываемого металла и размеров детали). Для разогрева раствора используют электрический ток с напряжением 150–300 В.

Цементацию стали по данной технологии проводят в среде раскаленного газового потока, формируемого при прохождении метана и эндогаза через слой нагретого мелкоизмельченного (0,05–0,2 мм) корунда.

Для науглероживания поверхности металла по данной технологии используются специальные пасты, состоящие из желтой соли, древесной пыли и сажи. Перед обработкой деталь обмазывают такой пастой и просушивают, а только затем нагревают до температуры 910–1050 градусов Цельсия при помощи токов высокой частоты.

По какой бы технологии ни была выполнена цементация стали, после ее окончания рекомендуется провести отпуск металла.

Цементация стали ее сущность и назначение

Процесс цементации

Целью цементация стали является повышение эксплуатационных характеристик детали. Они должны быть твердыми, износостойкими снаружи, но внутренняя структура должна оставаться достаточно вязкой.

Для достижения данных требований требуется высокая температура, среда, выделяющая свободный углерод. Процесс цементации применим к сталям с содержанием углерода не больше двух десятых долей процента.

Для науглероживания слоя наружной поверхности, детали нагревают с использованием печи до температуры в диапазоне 850С — 950С. При такой температуре происходит активизация выделения углерода, который начинает внедряться в межкристаллическое пространство решетки стали.

Цементация деталей достаточно продолжительный процесс. Скорость внедрения углерода составляет 0,1 мм в час. Не трудно подсчитать, что требуемый для длительной эксплуатации 1 мм можно получить за 10 часов.

Влияние на глубину слоя продолжительности цементации

На графике наглядно показано на сколько зависит продолжительность по времени от глубины наугрероживаемого слоя и температуры нагрева.

Технологически цементация сталей производится в различных средах, которые принято называть карбюризаторами. Среди них выделяют:

твердую среду;
жидкую среду;
газовую среду.

Поверхностный слой, получаемый цементацией

Стали под цементацию обычно берутся легированные или же с низким содержанием углерода: 12ХН3А,15, 18Х2Н4ВА, 20, 20Х и подобные им.

Общая информация о процессе

В первую очередь необходимо понимать основы термической обработки стали.

К особенностям цементации металла относят следующие факторы:

Благодаря процедуре цементируемые стали становятся прочнее, что повышает износостойкость и прочность материала;
Свойства эксплуатации металла изменяются за счет нагрева изделий в жидкости, газовой или твердой среде, что улучшает ее характеристики;
Нагревание деталей можно до разных температур, нет ограниченной константы и точных рекомендаций. В домашних условиях процесс цементации проходит при температуре 500 градусов по Цельсию. В промышленных условиях с использованием профессионального оборудования температура нагрева в печи достигает более 1300 градусов по Цельсию. Следует знать, что температуру выбирают, учитывая концентрацию примесей и углерода.
Профессионалы рекомендуют в домашних условиях цементировать низкоуглеродистые виды стали (приблизительно 0,2%). Например, лезвие от недорогого кухонного ножа, изготовленного из стали или небольшие детали.
В структуру стали углерод проникает довольно медленно. Поэтому цементация лезвия ножа в условиях домашней процедуры происходит со скоростью не более 0,1 мл в час. Чтобы это же лезвие выдерживало более сильные нагрузки, нужно усиливать слой толщиной до 0,8 мл в час. Еще важно понимать, что цементация ножа или небольшого вала в условиях домашнего цеха займет минимум восемь часов. При этом следует удерживать определенную температуру в печи, чтобы не нарушить температурный режим.
В процессе цементации изменяется не только свойство металла, но и его фазовый состав и атомная решетка. В целом поверхность получает такие же характеристики, как и при закалке, но при этом существует возможность контроля в узком диапазоне температур, чтобы избежать различных дефектов материала.

Осуществить цементацию нержавеющий стали немного сложнее, но в то же время это качественно улучшит характеристики этого вида металла.

Способы цементации

Цементация получила широкое распространение при обработке зубчатых колес и других деталей, работающих при ударных нагрузках. Высокая твердость рабочих поверхностей обеспечивает продолжительный срок работы, а достаточно вязкая середина позволяет компенсировать ударные нагрузки.

Разработаны множество способов науглероживания. Чаще всего используются следующие:

в твердой среде;
в жидкости;
в газе;
в вакууме.

Как происходит процесс цементации с использованием твердой среды

В качестве твердого карбюризатора берется смесь древесного угля (береза, дуб) и соли угольной кислоты с кальцием и другими щелочными металлами. Количество древесного угля может достигать 90%. Для приготовления смеси компоненты дробятся для улучшения выхода углерода. Размер частиц не должен превышать 10 мм. Так же не должно быть микроскопических частив в виде пыли и крошек, поэтому смесь просеивается.

Цементация стали в твердой среде

Для получения готовой смеси пользуются двумя способами. Первый – соль с углем в сухом состоянии тщательно перемешивается. Второй способ – из соли получают раствор. Для этого ее разводят в воде, а после чего этим раствором обильно смачивают древесный уголь. Перед помещением в печь уголь сушат. Его влажность не должна превышать 7%. Получение карбюризатора последним способом более качественно.

Смесь насыпается в ящики. После чего в них помещают детали. Для исключения оттока газа, получаемого во время нагрева, ящики подвергаются герметизации. Плотно закрывающую крышку дополнительно замазывают шамотной глиной.

Ящики подбираются в зависимости от формы детали, их количества и объема засыпанной смеси. Обычно они бывают прямоугольными и круглыми. Материалом для изготовления ящиков может служить сталь как жаростойкая, так и низкоуглеродистая.

Технологический процесс цементации стали можно представить в следующем порядке:

Детали, предназначенные под цементацию, закладываются в металлические ящики, при этом равномерно пересыпаются угольным составом.
Ящики герметизируются и подаются в заранее нагретую печь.
Первоначально производится прогрев до температурных показаний порядка 700С — 800С.
Контроль прогреваемости производится визуально. Ящики и подовая плита имеют равномерный цвет без затемненных пятен.
Далее температуры в печи увеличивают до требующихся 850С 950С. В данном диапазоне происходит диффузия внедрения атомов углерода.
Длительность выдерживания деталей в печи напрямую зависит от требуемой толщины слоя.

Как происходит процесс цементации в газовой среде

Цементация стали в среде газов производится при массовом выпуске деталей. Глубина цементации не превышает 2-х мм. Используемые газы – естественные или искусственные газы, содержащие углерод. Обычно используется газ, получающийся при распаде нефтепродуктов.

Цементация стали в газовой среде

Его получают в большинстве случаев нагреванием керосина. Больше половины газа подвергают модификации, его крекируют.

Активный углерод при данном способе обработки получается при распаде, и формула имеет следующий вид:

Если пиролизный газ использовался без модифицированного, то в результате обогащенный слой металла будет недостаточным. К тому же пиролизный газ создает обильную сажу.

Печи для данного способа цементации должны быть герметичными. Обычно пользуются стационарными печами, но как вариант методическими.

Цементацию стали и технологический процесс можно представить в следующем порядке:

Подвергаемые цементации изделия помещаются в печь. Температура поднимается порядка 910С — 950С. Производится подача газа в печь. Выдержка в газовой среде определенное время.

Длительность термического воздействия составляет 15 часов при температуре в 920С с получаемым слоем 1,2 мм. Для ускорения производственного процесса температуру поднимают. Уже при 1000С получить такой же науглероженный слой возможно за 8 часов.

В последнее время широкое применение нашел способ проведения процесса в эндотермической среде. Во время активного науглероживания в газовой среде поддерживается значительный потенциал углерода за счет введения природного газа (пропана, бутана или метана). На этот период концентрация газ из нефтепродуктов устанавливается на уровне 1%.

Процесс проведения цементации в жидкой среде

Жидкая среда – это расплавленные соли. В качестве солей используются карбонаты металлов, правда, металлы должны быть щелочными с низкой температурой плавления. Температура проведения цементации при данном методе составляет 850С. Процесс происходит во время погружения деталей в ванну с расплавом и выдерживании их там.

Цементация стали в жидкой среде

Цементация в жидкой среде отличается не большим насыщенным слоем, который не превышает 0,5 мм. Соответственно времени занимает до 3 часов. Среди достоинств следует отметить: обработанные детали имеют незначительную деформацию, а также возможна закалка без промежуточного этапа.

Как происходит процесс цементации в вакууме

Недостаточное давление, создаваемое в печи, значительно сокращает время проведения обработки. Цементацию стали и технологический процесс можно представить в следующем порядке:

При данном методе детали помещаются в холодную печь.
После герметизации камеры нагрева в ней создается вакуум.
Затем производят нагрев до требуемой температуры.
Производится выдержка, которая занимает до часа по времени. За это время выравнивается температура и с поверхности нагретых деталей осыпаются загрязнения, мешающие науглероживанию.
Затем подается в камеру углеводородный газ под давлением. За счет чего происходит активная фаза обогащения поверхностного слоя.
На следующем этапе происходит диффузионное внедрение углерода. На этом этапе в камере опять создают вакуумическое давление.
За короткий промежуток времени не получается требуемого науглероженного слоя, поэтому процесс повторяют до тех пор, пока не получится требуемая глубина. Обычно результат получается за три стадии.
Охлаждение до температуры окружающей среды происходит в печи под действием инертных газов под разным давлением.

Печь для вакуумной цементации

Процесс полностью компьютеризирован. За подачей газа, температурой, давлением следит программа, отвечающая за весь технологический процесс. Среди достоинств следует отметить:

регулирование количества углерода;
отсутствие кислорода предотвращает образование окислов;
газ проникает даже в отверстия минимального диаметра;
чередование процессов происходит при равных условиях;
полная автоматизация; сокращенные сроки.

Процесс проведения цементации пастами

При производстве разовых работ рациональнее пользоваться пастами для проведения цементации. В составе пасты находятся: сажа с пылью древесного угля. Толщина слоя наносимой пасты должна быть восьмикратно увеличена для получения требуемого насыщенного слоя.

После нанесения состав просушивается. Для процесса цементации используются индукционные высокочастотные печи. Температура проведения процесса достигает 1050С.

Как происходит процесс цементации в электролитическом растворе

Процесс во многом схож с гальваническим покрытием. В нагретый раствор электролита помещается заготовка. Подведенный ток вызывает получение активного углерода и способствует его проникновению в поверхность стальной заготовки.

Таким способом подвергают обработке детали, имеющие небольшой размер. Параметры для прохождения цементации: напряжение тока – 150-300В, температура 450-1050С.

Цементация в газовом карбюризаторе

Этот процесс осуществляют в среде газов, содержащих углерод. Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией в твёрдом карбюризаторе, поэтому её широко применяют на заводах, изготовляющих детали массовыми партиями.

В случае с газовой цементацией можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса, так как отпадает необходимость прогрева ящиков, наполненных малотеплопроводным карбюризатором; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процессов, и значительно упрощается последующая термическая обработка деталей, так как закалку можно проводить непосредственно из цементационной печи.

Свойства металла после обработки

После проведения цементации твердость науглероженного слоя достигает: 58-61 HRC на легированных сталях и 60-64 HRC на низкоуглеродистых сталях. Длительное нахождение стали при высоких значениях температуры, вызывает изменение структуры металла.

Структура стали после цементации

Для исправления крупного зерна металла детали после цементации подвергаются повторному нагреву и закалке с последующим отпуском или нормализацией.

Закалка производится при температуре, не превышающей 900С. В металле происходит измельчение зерна за счет получения перлита и феррита.

Вместо закалки для легированных сталей производят нормализацию. После сквозного прогрева в середине детали образуется мартенсит. Нагрев детали зависит от марки стали, из которой она была изготовлена.

Режимы термической обработки стали после цементации

В качестве заключительной фазы проводят низкотемпературный отпуск, который позволяет устранить поверхностные напряжения и деформации, вызванные высокотемпературной обработкой.

Недостатки цементации

Как было выше сказано основным недостатком после цементации остается изменение структуры металла. В связи с этим требуется дополнительная обработка, что увеличивает время и так длительного процесса цементации.

Для проведения работ требуется обученный и высококвалифицированный персонал. Среди недостатков следует выделить необходимость подготовки карбюризатора.

В заключение стоит отметить, что цементация позволяет использовать, стали с низким содержанием углерода для изготовления ответственных деталей с длительным сроком эксплуатации, что значительно снижает конечную стоимость.

Для защиты поверхностей, не предназначенных под цементацию, пользуются пастами, намеднением или закладывают увеличенные допуски под обработку.

Газовая цементация

Авторами теоретических материалов, в которых раскрывается суть подобной цементации, являются С. Ильинский, Н. Минкевич и В. Просвирин. При этом первый опыт практического воплощения имел место на Златоустовском комбинате, где всеми работами руководил П. Аносов.
Особенностью этого метода является использование среды углеродсодержащих газов, в качестве основного рабочего оборудования выступают герметичные нагревательные печи. Среди известных искусственных газов чаще всего используют состав, являющийся результатом разложения нефтепродуктов. Технология его изготовления предусматривает проведение нескольких этапов:

Необходимо взять стальную емкость, нагреть ее и заполнить керосином, далее же приступают к выполнению процесса пиролиза, подразумевающего разложение керосина на смеси газов;

Определенную часть пиролизного газа (примерно 60%) подвергают крекированию, суть которого сводится к изменению состава.

Смесь крекированного газа и чисто пиролизного выступает основой, при помощи которой выполняется химико-термическая обработка, обеспечивающая обогащение углеродом. Заниматься выработкой крекированного газа приходится по той причине, что в случае применения одного пиролизного состава глубина цементирования стали оказывается небольшой, при этом обрабатываемые детали покрываются большим количеством сажи, которую сложно убрать.

В качестве оборудования для выполнения газовой цементации используются конвейерные печи непрерывного действия или же стационарные агрегаты. Детали, которым необходимо придать более прочные характеристики, кладут в муфель печи, а после закрытия доводят температуру внутри до отметки 950 градусов. Далее начинают подавать туда подготовленный газ. Из плюсов этой процедуры, которая отличается на фоне обработки изделий при помощи твердого карбюризатора, необходимо выделить следующие:

создание более комфортных условий для персонала;
сокращение времени, необходимого на выполнение обработки, что достигается благодаря уменьшению срока выдерживания деталей и отсутствию необходимости в длительном приготовлении карбюризатора на основе угля.

Сущность и назначение процесса цементации стали

Цементация стали: назначение и особенности процесса. Способы обработки поверхности металла. Возможность выполнения работ в домашних условиях. Свойства поверхности после обработки.

Цементация стали – это высокотемпературный процесс, сопровождающийся насыщением поверхности атомарным углеродом. В результате повышаются качественные характеристики верхнего слоя изделия, в частности крепость, что увеличивает стойкость к различным нагрузкам. Метод начал применяться еще с середины девятнадцатого века: сталь производили путем сквозной цементации железа.

По технологии обработки цементация схожа с азотированием, с одним отличием – вторая технология насыщает верхний слой азотом, придавая обработанным изделиям антикоррозийные свойства. Азотирование применяют при работе со сталью, содержащей такие элементы, как хром, алюминий, титан и другие. Это связано с тем, что соединения данных металлов отличаются прочностью и высокой устойчивостью к температурным воздействиям.

Существуют несколько способов цементации стали. Некоторые из них пригодны для применения в домашних условиях. Все это будет рассмотрено в данной статье.

Сущность и назначение процесса цементации

Цементация металла – одна из разновидностей химико-термической обработки поверхностей наряду с азотированием, цианированием и алитированием. Сущность и ее назначение заключаются в диффузионном насыщении поверхности заготовки атомами углерода. В результате повышаются следующие характеристики:

твердость;
прочность;
стойкость к механическим воздействиям.

Температуру цементации выбирают исходя из требуемой степени науглероживания заготовки. Она находится в диапазоне от 800 до 950 °C. Технологию применяют для обработки низкоуглеродистой или легированной стали. Это связано с тем, что внутренняя часть детали должна оставаться вязкой после закалки. Глубина насыщенного слоя может достигать 2,5 мм в зависимости от интенсивности воздействия.

Высокая температура необходима для активизации углерода, который играет ключевую роль в цементации. В этом случае он легко проникает в межкристаллическое пространство стали и усваивается там.

Технология отличается низкой скоростью взаимодействия стали с углеродом. Для получения слоя толщиной 0,1 мм требуется в среднем один час. Примечательно, что процесс имеет прямую зависимость: глубина цементации не влияет на время обработки.

Методы цементации металлов и сплавов

твердая среда;
газовая среда;
жидкая среда;
вакуум;
с применением специальной пасты;
цементация в электролите.

Вышеперечисленные методы отличаются технологией и глубиной насыщения. Рассмотрим их подробнее.

Цементация с использованием твердой среды

Для цементации стали по данной технологии используют специальные углеродсодержащие вещества, которые называются карбюризаторами.

Карбюризаторы способны отдавать углерод материалам, расположенным по соседству. Для этого необходима высокая температура.

Наибольшей популярностью пользуются следующие карбюризаторы:

березовый древесный уголь;
дубовый древесный уголь.

Иногда применяют их смесь. Для работы уголь дробится на фракции, размер которых не должен превышать 10 мм. После этого он смешивается с солью угольной кислоты из любого металла щелочной группы. Массовая доля угля в составе, как правило, достигает 88–90%. Перед применением смесь просеивают с целью удаления наиболее мелких фракций вроде пыли и крошек.

Сухой. В этом случае соль и уголь тщательно перемешивают. В противном случае результат будет некачественным: на поверхности будут видны необработанные участки стали.
Мокрый. Уголь поливают водным соляным раствором, после чего высушивают. Уровень влажности рабочей смеси не должен превышать 6–7%.

Последний способ считают наиболее эффективным для качественной модификации стали.

Процесс насыщения поверхности углеродом выглядит следующим образом:

Рабочую смесь насыпают в ящики, изготовленные из термостойкого материала. Форма и размеры зависят от типа обрабатываемых деталей.
Объекты для цементации помещают в ящик. Угольная смесь должна быть равномерно распределена по внутренней поверхности.
Во избежание утечек производят герметизацию емкости, обрабатывая закладную часть шамотной глиной.
Ящик помещают в печь, которую прогревают до 700 °C.
На данном этапе осуществляют визуальный контроль процесса: все нагреваемые элементы должны иметь ровный цвет без темных пятен на поверхности.
Температуру в печи повышают до рабочего уровня: 800–950 °C. Начинается процесс активного освобождения углерода и его проникновения в межкристаллическую решетку стали.
Время обработки зависит от требуемой глубины цементации стали.

Процесс цементации в газовой среде

Для получения газа используют керосин ввиду неустойчивости углерода в его составе. Часть газа подвергают модификации для увеличения глубины проникновения.

Как и в предыдущем способе, для обработки используют специальные, герметично закрытые печи.

Технология отличается длительным процессом обработки. Для получения насыщенного слоя стали глубиной 1,2 мм необходимо 15 часов при 900 °C. Для ускорения реакции необходимо повысить температуру.

Современные предприятия проводят обработку с применением горючих природных газов, которые поддерживают углеродный баланс внутри печи.

Проведение цементации в жидкой среде

Соляной раствор наливают в специальную емкость.
В жидкость опускают детали.
Раствор нагревают до рабочей температуры, которая составляет 850 °C.
Заготовку выдерживают заданное время. Обычно оно не превышает 3 часов.

Достоинства данного метода – высокая скорость реакции и равномерное покрытие поверхности стали. Недостатком является глубина проникновения углерода – до 0,5 мм.

Цементация в вакууме

Стальную заготовку помещают в камеру.
Из корпуса выкачивают весь воздух, создавая вакуум.
Печь нагревают до рабочей температуры.
Деталь выдерживают определенное время.
В камеру подают углеводородный газ под давлением.
Под действием вакуума углерод активно внедряется в кристаллическую решетку.
Науглероживание стали выполняют в несколько этапов в зависимости от требуемой глубины проникновения.
В камеру подают инертный газ, охлаждая температуру.

Из достоинств необходимо выделить полное отсутствие кислорода, что повышает качество обработки.

Способы цементации пастами

В электролитическом растворе

Данный метод обработки стали имеет сходство с гальванизацией. Процесс проходит в растворе электролита, в котором под действием электричества образуются свободные атомы углерода. Температуру и напряжения устанавливают в зависимости от необходимой глубины проникновения.

Можно ли цементировать сталь в домашних условиях

В случае необходимости можно цементировать металл в домашних условиях. Как правило, для этих целей выбирают технологию обработки в твердой среде. Время насыщения может занимать несколько часов, поэтому основная сложность кустарных работ – поддержание заданной температуры на протяжении всего цикла.

Качество домашней обработки значительно ниже, чем в условиях промышленных установок. Кроме того, рентабельность работ может обеспечить только большое количество обрабатываемых деталей, что не всегда возможно.

Свойства металла после обработки

В результате насыщения углеродом твердость верхнего слоя может достигать 64 HRC. Интенсивное температурное воздействие изменяет структуру после цементации.

Для нивелирования этих свойств заготовку подвергают повторной обработке и закалке с последующими нормализацией или отпуском в зависимости от типа стали.

Во время закалки благодаря образованию феррита происходит измельчение зерновой структуры.

Во избежание поверхностных деформаций на завершающем этапе проводят низкотемпературный отпуск стали.

Цементацию стали применяют для получения высокопрочной поверхности, которая способна выдерживать значительные нагрузки, что увеличивает срок эксплуатации. А вы когда-нибудь пробовали обрабатывать детали по данной технологии в домашних условиях? Расскажите о качестве полученного продукта в комментариях.