При изучении влияния химического состава присадочных проволок на прочность сталеалюминиевых соединений было установлено, что ширина прослойки изменяется в пределах от 18 до 20 мкм при 1 % Si и до 3 – 5 мкм при 4 – 4,5 % Si. Повышение содержания кремния до 8 % расширяет зону до 10 – 15 мкм. В дальнейшем она практически неизменна.
Влияние меди. Медь, присаженная к алюминию в небольших количествах (2 – 5 %), уменьшает толщину переходного слоя с 32 – 45 до 22 – 27 мкм (на 30 – 40 %). Дальнейшая присадка меди приводит к увеличению толщины слоя, которая при содержании меди около 10 % достигает 33 – 40 мкм, т. е. становится такой же, как при алитировании в чистом алюминии. Дальнейшая присадка меди до 15 – 18 % снова уменьшает толщину диффузионного слоя до 30 – 35 мкм.
Влияние длительности алитирования в алюминиево – медных сплавах на толщину переходного слоя аналогично алитированию в чистом алюминии, но выражено слабее.
Предел прочности при разрыве диффузионного слоя, полученного при алитировании в алюминиевомедных сплавах, особенно при содержании меди выше 10 %, немного выше, чем при алитировании в чистом алюминии, хотя слой получается менее плотным.
При сварке изучалось влияние присадки меди до 5 %. Медь, введенная в присадочную проволоку в небольших количествах (до 2,5 %), уменьшает толщину переходного слоя с 23 – 30 до 10 – 12 мкм. Дальнейшее увеличение количества меди не изменяет значительно размеров этой зоны.
Влияние цинка. Особый интерес представляет применение для алитирования алюминиевоцинковых сплавов, так как, по данным литературы, алитирование в этих сплавах обеспечивает получение переходного слоя, более прочного, чем в чистом алюминии, а процесс алитирования протекает при более низких температурах и требует меньшей длительности выдержки.
Влияние содержания цинка в алитирующем сплаве на толщину и свойства переходного слоя исследовано в пределах от 0 до 100 % при температуре алитирования от 450 до 720° С и выдержке от 2 до 12 мин.
Зависимость толщины переходного слоя от времени выдержки при алитировании образцов из серого чугуна в сплавах с различным содержанием цинка и при различных температурах, из которого следует, что с увеличением продолжительности выдержки толщина слоя непрерывно растет, как и при алитировании в чистом алюминии. С увеличением содержания цинка выше 30 % эта зависимость становится менее заметной, например, если при содержании цинка 10 – 29 % толщина переходного слоя при удлинении времени выдержки с 2 до 12 мин увеличилась на 15 – 20 мкм, то при содержании цинка выше 30 % это изменение составило 5 – 10 мкм. Особенно небольшое изменение толщины слоя (от 0 до 5 мкм) наблюдается в случае алитирования при пониженных температурах (ниже 600 °С). Незначительный прирост толщины слоя объясняется тем, что при низких температурах диффузионный процесс замедляется, поэтому слой сохраняет примерно ту же толщину, которая образовалась в первые минуты за счет растворения поверхности железа и химического взаимодействия металлов.
При более высоких температурах алитирования (680 – 720° С) и выдержке выше 4 – 8 мин толщина переходного слоя уменьшается. Уменьшение толщины диффузионного слоя при повышенных содержаниях цинка объясняется тем, что сплавы алюминия с цинком отличаются повышенной реакционной способностью в отношении железа. В результате этого образующиеся интерметаллические соединения, входящие в переходный слой, интенсивно растворяются в сплаве алитирования. При определенных условиях скорость растворения интерметаллидов равна скорости образования переходного слоя, и толщина переходного слоя практически не меняется. Дальнейшее повышение температуры алитирования и увеличение содержания цинка создают условия, когда скорость растворения начинает превалировать над скоростью образования диффузионного слоя, и тогда толщина плотного диффузионного слоя не увеличивается, а, наоборот, уменьшается. Этим можно объяснить и противоречия литературных данных о влиянии цинка на толщину переходного слоя.
Влияние хим.элементов

Интересным является влияние цинка на прочность и микротвердость слоя. Если средняя величина микротвердости уменьшается сравнительно мало, то прочность при разрыве вначале резко увеличивается до 10 – 15 кГ/мм 2 при 28 – 30 % Zn, а затем уменьшается и при алитировании (вернее, цинковании) в ваннах с высоким содержанием цинка (до 100 %) достигает 5 – 8 кГ/мм 2, что хорошо согласуется с данными литературы о цинковании. Полученная максимальная прочность при 28 – 30 % Zn, очевидно, объясняется своеобразным строением переходного слоя, а также, возможно, и тем, что сплавы с 28 – 30 % Zn являются наиболее прочными.
Влияние железа. Как уже отмечалось, часть алюминидов железа, особенно при повышенных температурах алитирования, растворяется в алюминиевом сплаве и загрязняет его железом.
Было исследовано влияние содержания железа в алитирующем сплаве от 0,3 до 8,14 % при алитировании в алюминиевоцинковом сплаве, содержащем 28 % Zn.
Результаты исследования показали, что при 2,9 % Fe толщина слоя уменьшается с 40 – 45 до 32 – 36 мкм, а затем практически остается постоянной. Микротвердость уменьшается примерно на 100 ед., а прочность слоя слегка повышается – с 13 кГ/мм 2 при 0,3 – 0,5 % Fe до 14 кГ/мм 2 при 8,14 % Fe. Следовательно, повышение содержания железа в ванне существенного влияния на результаты алитирования и свойства слоя не оказывает, однако железо резко повышает температуру плавления алюминия. Так, при содержании около 6 % Fe температура ликвидуса равна примерно 800° С, поэтому требуется значительно повышать температуру сплава при алитировании.
Изучалось также влияние железа на алюминиевоцинковый сплав, который имел температуру затвердевания, более низкую, чем алюминий, поэтому удалось алитировать образцы при температуре 720 – 730° С и содержании железа 8,14 %.
Влияние марганца. В работе изучалось содержание марганца в алитирующем сплаве до 3 %. Большее количество его настолько повышало температуру плавления сплава, что алитирование при 720 – 730 °С становилось невозможным. Введение в алюминий до 1 % Мп при температуре алитирования 720 – 730° С практически не влияет на толщину диффузионной прослойки. Дальнейшее увеличение количества марганца До_3 % вызывает значительный рост толщины диффузионной прослойки. При температуре ванны 770 – 780° С марганец не оказывает такого заметного влияния на толщину переходного слоя.
Легирование алюминия марганцем в количестве до 1 % практически не изменяет прочности соединения ни при 720 – 730° С, ни при 770 – 780° С. Повышение количества марганца до 3 % приводит к некоторому снижению прочности связи, что вызвано ухудшением качества диффузионного слоя (в нем появляются трещины, поры и другие дефекты). Микротвердость слоя не зависит от легирования алюминия марганцем и равна 800 – 890 кГ/мм 2. Влияние никеля. Введение в алюминий до 0,5 % Ni при температуре алитирования 720 – 730 °С увеличивает толщину слоя с 20 – 30 до 35 – 50 мкм). Дальнейшее повышение содержания никеля практически не влияет на толщину переходного слоя. Никель в количестве до 0,5 % (температуры 720 – 730 и 770 – 780° С) уменьшает прочность связи на 1 – 1,5 кГ/мм 2. Содержание никеля до 2 % повышает прочность до 3,0 – 5,5 кГ/мм 2, а большее количество его практически не влияет на прочность диффузионной связи.
В начальной стадии исследования эти металлы добавляли непосредственно в ванну с расплавленным алюминием, но в этом случае они погружались на дно ванны и становились частью шлама. Было решено добавлять редкоземельные металлы в виде сплава с алюминием. Предварительно алюминий нагревали до 774° С, что выше точки плавления церия и лантана, составляющих 80 % мишметалла. При введении редкоземельных металлов в расплавленный алюминий с температурой 774° С образуется однофазная система; температура ванны должна быть 682 °С, чтобы обеспечить растворение добавляемого сплава. Были исследованы также полосы шириной 200 мм и толщиной 0,8 мм с покрытием, в котором содержалось до 14,5 % редкоземельных металлов.
Контейнеры и балки с таким покрытием после работы при 795° С в науглероживающей среде сохранили способность к дальнейшему использованию. Было установлено, что применение редкоземельных металлов в алюминиевых покрытиях повышает долговечность балок и контейнеров на 68 %.




  • Читать все новости