Покрытие при горячем алитировании получается двухслойным – на стальной поверхности образуется слой железоалюминиевого сплава (интерметаллидов), а сверху слой алюминия. При деформации алюминированной стали возможно отслоение покрытия по хрупкому слою интерметаллидов, поэтому толщина его должна быть минимальной.
При разработке технологии алитирования изучали влияние температуры, продолжительности выдержки и состава расплава на структуру алюминиевого покрытия. С увеличением выдержки толщина всего слоя и в том числе промежуточного слоя интерметаллидов увеличивалась.
С повышением температуры расплава толщина слоя интерметаллидов росла еще быстрее. Следовательно, для получения алюминиевого покрытия на листовой стали с минимальной толщиной слоя интерметаллидов необходимо сокращать продолжительность выдержки в расплаве и снижать его температуру. С той же целью в расплав можно вводить металлы, снижающие скорость взаимодействия алюминия с железом (кремний, бериллий, магний и др.).
Более заметное влияние на толщину переходного слоя оказывает температура алитирования. С повышением температуры от 665 до 800° С толщина слоя резко увеличивается, что можно объяснить возрастанием скорости диффузии, однако дальнейшее повышение температуры приводит к заметному уменьшению толщины слоя и уже при 950° С слой становится очень тонким. Максимум на кривой зависимости толщины слоя от температуры наблюдался и в работах.
Очевидно, на уменьшение толщины переходного слоя влияет как переход а-железа в у-железо, так и растворение алюминидов в ванне алитирования. По-видимому, вторая причина является доминирующей, так как алитирование при высоких температурах приводит не только к получению тонких слоев, но и к сильному разъеданию поверхности образца, при этом непосредственно у слоя наблюдается значительное количество алюминидов, оторвавшихся от переходного слоя.
Прочность при разрыве переходного слоя, полученного при алитировании в чистом алюминии, находится в пределах 1,5 – 3,2 кГ/мм 2. Проследить зависимость прочности слоя от времени выдержки и температуры алитирования, а значит, от толщины слоя затруднительно, поскольку получается значительный разброс данных. Все же можно сказать, что прочность связи между алюминием и сталью несколько уменьшается с увеличением толщины диффузионного слоя. Ударная вязкость слоя не превышает 0,008 – 0,010 кГ м/см 2, т. е. слой очень хрупок. Микротвердость переходного слоя находится в пределах 750 – 1200 кГ/мм 2, однако имеются отдельные участки, микротвердость которых достигает 1300–1500 кГ/мм 2. С увеличением толщины переходного слоя средняя микротвердость его несколько повышается.
В работе изучена алитируемость армко-железа, сталей, ковкого чугуна, чугунов с пластинчатым и шаровидным графитом, нирезиста, меди и латуни. Оказалось, что все эти материалы подвергаются алитированию достаточно хорошо.
режим алитирования Из всех исследованных железоуглеродистых сплавов лучше всего алитируется армко-железо, несколько хуже, но достаточно хорошо алитируется сталь и значительно хуже чугуны. В связи с этим толщина переходного слоя на различных материалах получается разной. Очевидно, здесь сказывается то, что чугуны имеют графитовые выделения и значительно большее содержание примесей, чем стали. Влияние углерода на толщину переходного слоя исследовалось на сталях 05, 20, 50, У9А и У12А. Установлено, что с увеличением в сталях содержания углерода от 0,05 до 1,2 % толщина слоя при равных условиях алитирования уменьшается, особенно сильно влияние углерода сказывается при содержаний его до 0,8 %. Изменение толщины переходного слоя в зависимости от содержания углерода в основном связано с переходом структуры стали от ферритной к перлитной.
Микротвердость переходного слоя мало зависит от содержания в стали углерода, однако она несколько выше у стали 05, чем у стали 50 (примерно на 100 кГ/мм 2), что, очевидно, связано с появлением в переходном слое стали 05 наряду с алюминидами железа соединений типа АЦСз и РезА1Сж. Повышение содержания углерода в стали выше 0,5 % не оказывает влияния на изменение микротвердости слоя.
Чугуны с шаровидным и хлопьевидным графитом алитируются несколько лучше, чем обычные чугуны с пластинчатым графитом, так как компактные включения графита создают меньше барьеров, препятствующих диффузии алюминия в матрицу чугуна. Если при этом учесть, что такие чугуны имеют и более высокую износостойкость, то при получении биметаллических деталей, работающих на износ, следует отдать предпочтение чугунам с шаровидным графитом. Колебания в химическом составе у магниевых чугунов значительно меньше сказываются на толщине и плотности диффузионного слоя, чем у чугунов с пластинчатым графитом.
Хорошо подвергаются алитированию медь и ее сплавы, в частности латунь. Уже при кратковременном погружении меди в расплавленный алюминий образуется очень толстый переходной слой, который в свою очередь состоит из двух слоев: тонкого серого, прилегающего к меди или алюминию при алитировании латуни, и толстого более светлого. Ввиду сравнительно низкой температуры плавления меди и латуни и хорошей растворимости меди и цинка в алюминии наблюдается очень интенсивное разъедание алюминием образцов меди и латуни, поэтому требования к чистоте их поверхности намного ниже, т. е. даже при наличии окислов и при кратковременной выдержке алитирование идет достаточно хорошо.
Слой, образующийся при алитировании меди и латуни, также характеризуется значительной твердостью и хрупкостью, поскольку здесь, согласно диаграмме состояния медь – алюминий, также образуется ряд интерметаллических соединений.
Твердость слоя по толщине различная – светлый слой менее твердый, чем серый. Микротвердость светлого слоя соответствует твердости соединения АЬСи (450 кГ/мм 2).
Эксперименты, проведенные в работах, показали, что твердость сталей 20, 45, У8А, У12А и чугунов не претерпевает существенного изменения, поскольку алитирование проводится при низких температурах и процесс протекает кратковременно.
Твердость термически обработанных сталей в процессе алитирования существенно изменяется, например твердость закаленной и отпущенной стали 45 после алитирования в сплаве АJI4 при 700 – 720° С снизилась с 31 – 35 до 20 – 22 HRC при времени алитирования 3 мин и до 10 – 12 HRC при времени алитирования 9 мин.
В работе изучено влияние толщины листов, степени их деформации и предварительного нагрева на образование диффузионного слоя при алитировании. Образцы алитировали двумя способами: погружением в ванну с алюминием, покрытым слоем флюса, или предварительным погружением в расплавленный флюс и последующей выдержкой в ванне с жидким алюминием при 750 °С. Состав флюса: 40 % КС1, 40 % NaCl и 20 % Nа3АlF6. Установлено, что при толщине листов до 1,2 мм и одинаковом содержании углерода распределение температуры внутри основного металла не зависит от толщины листа, необходимо лишь учитывать понижение температуры ванны при загрузке садки. Показано также, что в зависимости от толщины листа диффузионный слой растет тем быстрее, чем меньше теплоемкость алитируемого образца.
Влияние степени деформации листов можно не учитывать, так как при погружении в ванну происходит рекристаллизация металла. Предварительный нагрев листов в ванне с флюсом ускоряет рост диффузионных слоев. На образование диффузионных слоев большое влияние оказывает различное сочетание толщины листов и продолжительности выдержки, чего не наблюдается при варьировании подогрева и толщины листов или подогрева и продолжительности выдержки.




  • Читать все новости