Система алюминий – железо – скандий до настоящего времени эта система не изучалась. Нами было исследовано 15 тройных сплавов, приготовленных из алюминия АВ000 (99,98 % Аl), карбонильного железа (99,99 % Fe) и скандия (98,8 % Sc и 0,94 % других редкоземельных металлов). Термическая обработка сплавов заключалась в их отжиге при 500° С в течение 3600 ч и последующей закалке в холодной воде.
В результате исследования было установлено существование в системе тройного соединения, характеризующегося большой областью гомогенности и обладающего тетрагональной объемноцентрированной структурой типа ТhМni2. Это тройное соединение существует в равновесии со всеми двойными соединениями системы алюминий – железо, т. е. с соединениями FеАl3, Fе2Аl5, FеАl2 и FeAl, и не находится в равновесии с алюминием.

Выбор легирующих элементов для железоалюминиевых соединении Основной причиной низкой прочности железо – алюминиевых соединений является образование в них прослойки, состоящей в основном из двойных соединений FеАU и в особенности Fе2Аl5. Таким образом, вопрос упрочнения железоалюминиевых соединений сводится к устранению этих двух фаз из соединения или, по крайней мере, к уменьшению их содержания до таких количеств, чтобы они не образовывали сплошных прослоек из интерметаллидов.
Вполне понятно, что методом введения легирующих добавок полностью устранить образование соединений Fе2Аl5 и FеАl3 в железоалюминиевых соединениях принципиально невозможно. В то же время можно ожидать значительного уменьшения количества указанных фаз в тех случаях, когда введение легирующего металла в железоалюминиевые сплавы приводит к образованию тройных соединений. При этом важно, чтобы образующиеся тройные соединения содержали небольшие количества легирующих металлов и чтобы эти соединения характеризовались значительно большей прочностью и пластичностью, чем соединения Fе2Аl5 и FеАl3.
Проведенные исследования дают возможность сравнить тройные системы друг с другом. Обращает на себя внимание большое сходство между системами алюминия и железа с редкоземельными металлами. Во всех этих системах, в которых третьим компонентом является один из металлов группы лантаноидов или иттрий, в областях, близких к стороне Аl – Fe, образуются фазы с одинаковыми структурами и одинаковыми (или близкими) составами, а именно фазы. Во всех системах только эти фазы вступают в равновесия с алюминием, железом или двойными алюминидами железа.
Большое сходство наблюдается также между системами алюминий – железо – цирконий, алюминий – железо – гафний и алюминий – железо – скандий. Для всех трех названных систем характерно существование тройных фаз, характеризующихся большими областями протяженности, расположенными вдоль изоконцентрат 7,7 % (ат.) циркония, гафния или скандия и вступающими в равновесие с двойными алюминидами железа.
Существование в указанных системах г|) – фаз в некоторой степени роднит эти три системы с системами алюминий – железо – редкоземельный металл. Все остальные системы значительно отличаются от перечисленных систем и друг от друга.
Проведенные исследования дают возможность сделать некоторые выводы относительно целесообразности испытания тех или иных металлов в качестве легирующих элементов в железоалюминиевых соединениях. На наш взгляд, перспективными в этом отношении могут оказаться три группы металлов.
Металлы, при невысоком содержании которых в тройных системах с алюминием железом образуются соединения, составы которых расположены на концентрационном треугольнике близко к составам двойных алюминидов железа. Образование этих соединений должно препятствовать появлению больших количеств двойных железо-алюминиевых фаз, обусловливающих непрочность тройных соединений.
Такими легирующими металлами могут быть элементы групп IIIА и IVA Периодической системы элементов Д.И. Менделеева, т. е. титан, цирконий, гафний, скандий и редкоземельные металлы. Во всех тройных системах алюминия и железа с перечисленными металлами образуются тройные фазы (чаще всего фазы л|)), содержание третьего компонента в которых невелико и которые, вступая в равновесие с двойными алюмини – дами железа, суживают фазовые области с участием Fе2Аl5.
Необходимым и достаточным, на наш взгляд, количеством третьего компонента (легирующей добавки) в шве должно быть 3 – 5 % (ат.). Перспективными также могут быть металлы группы VIIIA Периодической системы, а именно никель или кобальт.
В системе с никелем существование тройной фазы (FeNiAlg), содержащей 6 % (ат.) Ni, также резко сокращает фазовые области с участием соединения Fе2Аl3.
На целесообразность испытания никеля в роли легирующего компонента указывает также результат исследования образцов железоалюминиевых сварных швов (содержание никеля 12 %). Именно в таких швах интерметаллидная прослойка оказалась самой тонкой (микроскопические исследования) и не содержащей фазы Fе2Аl5 (рентгеноструктурное исследование).
В системе с кобальтом, несмотря на отсутствие в ней тройных интерметаллидов, линии соединения Fе2Аl3 обнаруживаются только на рентгенограммах сплавов, содержание кобальта в которых не выше 5 % (эт.). Следовательно, добавки кобальта порядка 5 % (ат.) подавляют образование фазы Fе2Аl5. Возможно, целесообразным было бы испытать методику соединения алюминия и железа непосредственно никелем или кобальтом.
Судя по характеру фазовых равновесий, в сплавах системы алюминий – железо – ванадий в присутствии 5 % (ат.) V существование фаз Fе2Аl3 в сплавах вообще исключается (при этой концентрации ванадия в системе существует равновесие FеАl3 + FeAl), и такие количества ванадия в шве должны, по-видимому, в значительной мере упрочнить соединение. Таким образом, из рассмотрения приведенных данных следует, что лишь ограниченное количество элементов (23 – 25) может служить «пластификаторами» системы железо – алюминий и железоалюминиевых соединений. Сюда относятся в первую очередь кремний, медь, цинк, серебро, кобальт, хром, никель, молибден, титан, гафний, бериллий. Положительное влияние ряда указанных элементов проявляется в процессе алитирования, получения биметаллических отливок и при сварке. Например, из легирующих элементов, снижающих толщину промежуточного интерметаллического слоя, наиболее пригоден кремний, который добавляют в алюминиевую ванну в количестве до 12 %. Введение даже 2 % Si при одинаковых условиях погружения значительно уменьшает толщину промежуточного слоя. Одновременно для устранения неблагоприятного влияния кремния на внешний вид и коррозионную стойкость алюминиевого покрытия в ванну добавляют 0,1 – 0,4 % Сг, Мо и W. Фирма «Юнайтед Стейтс Стил» рекомендует регулировать толщину промежуточного слоя путем добавки в алюминиевую ванну 4 – 12 % Мg2Si. Исследования фирмы «Инленд Стил» также показали, то росту железоалюминиевого соединения препятствует молибден; влияние этих элементов, однако, проявляется только после диффундирования их в стальную поверхность.
Выше отмечалось влияние никеля, хрома, углерода на процесс алитирования при их введении в стальную основу. Применение меди, цинка, никеля и их комбинаций рекомендовано нами при выполнении сварных соединений между сталью и алюминием. Серебро давно используется как промежуточный металл в различных железоалюминиевых соединениях, не требующих его большого расхода. Введение других элементов либо нецелесообразно (газы, соли, искусственно полученные элементы), либо затруднено из-за их токсичности (полоний, ртуть и др.), либо не оправдано экономически (золото, платина, германий и др.). Некоторые элементы (вольфрам, германий) являются аналогами изученных (молибдена, кремния и др.).
В заключение следует указать, что разработка новых тройных диаграмм состояния алюминий – железо – третий компонент поможет правильно выбирать новые легирующие элементы для алитирования.




  • Читать все новости