Алитирование стали: технология и методы поверхностного насыщения стали алюминием

На протяжении нескольких столетий основные эксплуатационные качества металлов изменялись при помощи химико-термического воздействия. Проведенные тесты указывают на то, что процент содержания определенных примесей в металле может оказывать влияние на его твердость, прочность, коррозионную стойкость и многие другие качества.

Алитирование углеродистой стали – процесс насыщения поверхностного слоя изделия алюминием, который проходит при определенной температуре. Процесс алитирования стали достаточно сложен, при его проведении проводится установка определенного оборудования.

Рассмотрим особенности проведения работы по насыщению поверхностного слоя стали и чугуна алюминием.

Применение алитирования

Придаваемые свойства изделию во многом определяют область применения рассматриваемой технологии химико-термической обработки. В производстве алитирование сталей применяется для изменения следующих свойств обрабатываемой стали:

  1. Высокая окалиностойкость. Это свойство связано с процессом образования защитной пленки на поверхности изделия при его нагреве.
  2. Высокая защита от окислительных процессов.
  3. Высокие антикоррозионные свойства. В результате алитирования изделие может использоваться даже при условии воздействия морской воды.
  4. Рассматривая твердость поверхностного слоя нужно уделить внимание тому, что максимальный достигаемый показатель составляет около 500HV.

Рассматривая достоинства и недостатки алитирования стали, нужно отметить тот момент, что воздействие высокой температуры становится причиной перестроения атомной решетки, вследствие чего поверхностный слой становится хрупким.

При обработке данным химико-термическим методом ответственных деталей, проводится обжиг в течение нескольких часов. Поэтому процесс внесения алюминия характеризуется большой продолжительностью.

Алитирование стали: технология и методы поверхностного насыщения стали алюминием

Технология и методы алитирования

Диффузионное алитирование проходит при температуре от 700 до 1100 градусов Цельсия. Оптимальные режимы обработки выбираются в зависимости от особенностей обрабатываемого материала. Выделяют несколько наиболее распространенных технологий химико-термического воздействия:

  1. Алитирование в порошкообразных смесях проводится использовании металлических ящиков. Заготовка помещается в твердый карбюризатор. При этом приготовленная смесь может использоваться многократно, что делает данную технологию экономически выгодной. Температура алитирования стали в данном случае выдерживается в пределе от 950 до 1050 градусов Цельсия, процесс занимает от 6 до 12 часов. Максимальная глубина проникновения алюминия составляет 0,5 миллиметров. Используемый состав представлен алюминиевой пудрой, порошка и определенных добавок. Добавки представлены окисью алюминия и молотой глиной, а также хлористыми разновидностями аммония и алюминия. В некоторых случаях процедура затягивается до 30 часов, что делает ее экономически не выгодной. Данный метод применим в случае сложной конфигурации детали, так как изменение поверхностного этапа проводится поэтапно. Изменение состава поверхностного слоя порошкообразной смесью – самый дорогой метод из всех применяемых.
  2. Алитирование напылением проводится в случае, если нужно сократить время проведения данной операции. Данная технология алитирования определяет воздействие относительно невысокой температуры, около 750 градусов Цельсия, требуется порядком одного часа для проникновения алюминия на глубину 0,3 миллиметра. Достоинства данного метода заключается в быстроте исполнения, но нельзя его использовать для получения износостойких ответственных деталей, так как поверхностная пленка очень тонкая. Поверхностное насыщение стали рекомендуют проводить при массовом производстве. Прочность сцепления напыляемого слоя в этом случае невысокая, составляет 0,2-2 кг/мм2. Также особенности данной технологии определяют высокую пористость структуры.
  3. Металлизация с последующим обжигом проводится при нагреве детали до температуры 900-950 градусов Цельсия, длительность нагрева составляет 2-4 часа. Данный метод существенно уступает предыдущему, так как получаемый слой имеет толщину не более 0,2-0,4 миллиметров, а расходы повышаются по причине существенного увеличения времени нагрева. Однако его часто применяют в случае, когда нужно получить деталь с прочной и твердой поверхностью, которая будет подвергаться существенным нагрузкам. Это связано с тем, что проводимый отжиг позволяет снизить показатель хрупкости, повысив прочность.
  4. Алитирование в вакууме предусматривает нанесение покрытия путем испарения алюминия с его последующим осаждением на поверхности изделия. Толщина получаемого покрытия незначительно, но вот достигаемое качество одно из самых высоких. Для нагрева среды проводится установка специальных печей, которые способны раскалить подающийся состав до температуры 1400 градусов Цельсия. Высокое качество покрытия достигается за счет равномерного распределения алюминия по всей поверхности. Технология в данном случае предусматривает предварительный нагрев поверхности до температуры от 175 до 370 градусов Цельсия. Следует уделять много внимания предварительной подготовке детали, так как даже незначительная оксидная пленка становится причиной существенного снижения качества сцепления поверхностного и внутреннего состава. Высокая стоимость процесса и его сложность определяют применимость только при производстве ответственных деталей.
  5. Алитирование методом погружения пользуется большой популярностью по причине того, что покрытие наносится в течение 15 минут. При этом оказывается относительно невысокая температура: от 600 до 800 градусов Цельсия. Кроме этого данный метод один из самых доступных в плане стоимости. Суть процедуры заключается в погружении заготовки в жидкий алюминий, нагретый до высокой температуры. При этом получается слой толщиной от 0,02 до 0,1 миллиметра. Особое внимание уделяется подготовке среды, в которой будет проводится процесс изменения химического состава поверхностного слоя.

Алитирование стали: технология и методы поверхностного насыщения стали алюминием

  • Есть и другие методы внесения алюминия, которые позволяют изменить основные эксплуатационные качества заготовок.
  • Контролировать качество поверхности с использованием дефектоскопа – устройства, которое применяется для проверки дефектов методом неразрушающего контроля.
  • Наиболее распространенным дефектами называют нарушения однородности структуры, появления зоны коррозионного поражения, отклонение требуемого химического состава и так далее.

Алитирование стали: технология и методы поверхностного насыщения стали алюминием

Материалы, допускаемые к алитированию

Металлизация – технология, которая предназначенная для изменения свойств поверхностного слоя. Разновидностью данной технологии является и алитирование. Насыщению поверхностного слоя подвергают:

  1. Углеродистые стали. При этом преимущественно используются низкоуглеродистые стали, реже среднеуглеродистые. При высоком содержании углерода в составе процедура становится малоэффективной.
  2. Легированные стали применяются реже, но при правильном проведении технологии можно получить износостойкие детали.
  3. Чугун также можно подвергать процедуре алитирования для изменения основных эксплуатационных качеств.

Для получения нержавеющей стали алитированию подвергают как углеродистые, так и легированные стали. В некоторых случаях проводится предварительная подготовка сталей и сплавов, представленная закалкой или другими процедурами химико-термической обработки.

Источник: https://rsgid.ru/cash/tehnologiya-processa-alitirovaniya-tehnologiya-alitirovanie-stali/

Алитирование

Вид химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхности деталей алюминием. 

Чаще всего алитирование проводят для деталей, изготовленных из стали, никелевых сплавов и чугуна. Глубина насыщения составляет 0,02…1,2 мм.

Алитирование проводится главным образом для повышения жаростойкости, уменьшения схватываемости поверхностей, повышения износостойкости, защиты от коррозии в средах, содержащих серу, азот и углерод. Алитированный слой стальной детали представляет собой ?-твердый раствор алюминия в железе.

Кроме этого на поверхности стальной детали возможно образование одной или нескольких интерметаллидных фаз состава: FeAl2, FeAl, Fe3Al, Fe2Al5. (происходит от немецкого слова alitieren — алюминирование).{/slide}

+ — Сущность процесса алитирования Щелкните, чтобы свернуть

Чаще всего алитирование проводят в порошкообразных смесях, состоящих из 25-50 % порошка алюминия или 50-75 % ферроалюминия, с добавлением окиси алюминия (25-75 %) и хлористого аммония (NH4Cl) в количестве около 1 %. Во время нагрева стали в алитирующей среде протекают следующие реакции:

NH4Cl > NH3 + HCl , NH3 > 1/2N2 + 3/2H2 , 2HCl + 2/3Al > 2/3AlCl3 + H2 .

Пары хлорида алюминия, как более тяжелые, взаимодействуют с алюминием по реакциям диспропорционирования:

2/3AlCl3 + 4/3Al > 2AlCl , 2/3AlCl3 + 1/3Al > AlCl2 , AlCl2 + Fe > 2/3AlCl3 + 1/3Fe3Al .

Таким образом, в результате алитирования с помощью алюминия в насыщающей среде происходит восстановление хлоридов алюминия до AlCl3, который вновь вступает в обратимые реакции.

+ — Цели алитирования Щелкните, чтобы свернуть

  1. Повышение жаростойкости.
  2. Повышение коррозионной стойкости при работе в растворах солей и азотной кислоты.
  3. Повышение эрозионной стойкости.

+ — Способы и режимы алитирования Щелкните, чтобы свернуть

В настоящее время алитирование проводят как в твёрдой, так и в жидкой средах. Кроме того, в заводской практике постепенно начинает расширяться способ металлизации.

  1. Алитирование в порошках. Чаще всего здесь используют порошкообразные смеси следующих составов:
    1. 49,5 % алюминия + 49,5 % Al2O3 + 1 % NH4Cl;
    2. 99 % ферроалюминия + 1 % NH4Cl;
    3. 48 % ферроалюминия + 48 % кварцевого песка + 4 % NH4Cl.

    Во всех составах температуру алитирования поддерживают на уровне 950…1050 °С, а время выдержки для указанных температур назначают в пределах от 6 до 12 ч. При таких режимах глубина алитированного слоя может составлять 0,25…0,6 мм.

    Сам процесс алитирования проводят следующим образом. Детали и порошки послойно загружают в железные или нихромовые ящики. В процессе насыщения в них многократно добавляют 10-15 % свежей порошкообразной смеси.

    Если в состав смеси входит окись алюминия, то ее предварительно перед загрузкой в ящик прокаливают при температуре 800-900 °С. Все компоненты порошкообразных смесей просеивают через сито с размером ячейки 0,4-0,5 мм. Ящик, в котором проводят алитирование, обязательно должен быть снабжен плавким затвором.

    Вместе с деталями в ящик кладут по два-три контрольных образца, называемых свидетелями. С помощью таких свидетелей можно следить за ходом насыщения.

    На рисунке 1 показана зависимость глубины алитированного слоя у стали 10 от продолжительности насыщения при различных температурах. Алитирование стали: технология и методы поверхностного насыщения стали алюминием

  2. Алитирование в расплавленном алюминии. Сущность этого способа заключается в выдержке деталей в ванне с расплавленным алюминием при температурах 720 -850 °С. Поскольку в жидком алюминии некоторые детали могут растворяться, то для предотвращения такого процесса в ванну вводят 8-12 % железа. В составе ванны нежелательно иметь примеси меди, цинка и кремния, т.к. они затрудняют процесс насыщения.

    Время выдержки может меняться в зависимости от вида деталей и их назначения от 15мин. до 1ч. При таких режимах можно получать алитированные слои глубиной 0,1…0,3 мм.

    Следует заметить, что при таком способе иногда может отмечаться повышение хрупкости, получаемого слоя. Поэтому, в целях устранения такого дефекта, детали после алитирования подвергают отжигу при температуре 950-1050 °С в течение 4-5 часов.

    При такой термообработке глубина слоя может увеличиться на 20-40 %.

    В процессе алитирования на поверхности расплава рекомендуют создавать слой флюса, состоящего, например, из 40 % NaCl; 40 % KCl; 10 % Na3AlF6; 10 % AlF3. Такой флюс играет роль защиты и уменьшает процесс разъедания поверхности детали. На рисунке 2 показана зависимость глубины слоя у стали 10 от продолжительности алитирования в расплаве алюминия при различных температурах.

    Алитирование стали: технология и методы поверхностного насыщения стали алюминием

    Алитированный слой представляет собой твердый раствор алюминия на базе химического соединения Fe3Al. Такую фазу чаще называют ?-фазой. Концентрация алюминия в этой фазе может доходить до 30 % и более.

    В настоящее время постепенно развивается и расширяется алитирование способом металлизации.

    Сущность этого способа заключается в напылении на поверхность детали слоя алюминия с последующим диффузионным отжигом при температуре 900-1000 °С.

    Перед отжигом деталь покрывают обмазкой, состоящей из 48 % серебристого графита, 30 % кварцевого песка, 20 % глины и 2 % хлористого аммония. Все компоненты замешиваются на жидком стекле и наносится на деталь толщиной 0,8-1,5 мм.

    Температура, при которой происходит насыщение, составляет 900-950 °С. Сам процесс может длиться 2-4 часа. При таких режимах можно получать слой толщиной 0,2-0,4 мм.

    Наибольшее применение алитирование получило при производстве клапанов двигателей внутреннего сгорания, чехлов термопар и т.п.

    В принципе, алитирование можно назначать для любых деталей, работающих при высокой температуре, и которым, прежде всего, предъяляют требования высокой окалиностойкости.

Источник: http://sl3d.ru/slovar/a/205-alitirovanie.html

Химико-термическая обработка стали

  • Химико-термической обработкой  называют процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев и металла.
  • Такая обработка применима к деталям, от которых требуется твердая и износоустойчивая поверхность при сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины, высокая коррозионная стойкость, высокое сопротивление усталости.
  • Химико-термическая обработка стали основана на диффузии (проникновении) в атомно-кристаллическую решетку железа атомов различных химических элементов при нагреве стальных деталей в среде, богатой этими элементами.
  • Наиболее распространенными видами химико-термической обра­ботки стали являются: цементация — насыщение поверх­ности стальных деталей углеродом; азотирование — насыщение поверхности стальных деталей азотом; цианирование — одновремен­ное насыщение поверхности стальных деталей углеродом и азотом.
Читайте также:  Кривошипно-шатунный механизм: устройство, детали, принцип работы

Кроме этих основных видов хи­мико-термической обработки, в про­мышленности применяют также поверхностное насыщение стали метал­лами: алюминием, хромом, кремнием и др. Процесс этот называется диф­фузионной металлизацией стали.

Цементация.  

Цементация — про­цесс поверхностного насыщения сталь­ных деталей углеродом. Цель цементации получить детали с вязкой сердцевиной и твердой поверхностью. Такие детали во время работы не разрушаются от уда­ров и хорошо сопротивляются истиранию.

Цементации подвергают детали из углеродистой и легированной стали с содержанием угле­рода от 0,08 до 0,35%. Богатые углеродом смеси, применяемые для цементации, — карбюризаторы — могут быть твер­дыми,   жидкими и газообразными.

Цементация в твердом карбюризаторе производится путем на­грева деталей, упакованных в железные ящики (рис. 68) вместе с карбюризатором.

Карбюризатор представляет собой порошкообразную смесь, состоящую из древесного угля (70%), углекислого бария ВаСO3 (20—25%) и углекислого кальция СаСO3 (3—5%).

Температуру цементации принимают на 20—50° выше точки АC3 . Температура до 920—930° С позволяет почти в два раза сократить длительность процесса без ухудшения механических свойств стали. Насыщение стали углеродом происходит путем непосредственного соприкосновения частиц угля с поверхностью стальных деталей в газовой среде, которая служит передатчиком углерода.

При пра­вильном подборе карбюризатора содержание углерода в поверх­ностном слое не превышает 1,0—1,10%, что можно считать нормальным. Продолжительность цементации — от 5 до 15 и более часов в зависимости от глубины науглероживания и марки стали.

Для це­ментации могут быть использованы самые разнообразные печи — камерные, непрерывного действия, с вращающейся ретортой, обо­греваемые мазутом, газом или электрические.

Жидкостной  цементации подвергают мелкие изде­лия; их погружают в расплавленные соляные ванны, состоящие из 75-85% Na2CO3 (сода), 10-15% NaCl(поваренная соль) и 6—10% SiC(карбид кремния).

Газовая  цементация в окиси углерода СО впервые была применена П. П. Аносовым.

Сущность ее состоит в том, что цементируемые изделия нагревают и выдерживают при температуре 920—950° С в печи, куда в течение всего процесса непрерывно по­дается цементирующий газ.

Для этой цели используют природный газ, состоящий в основном из метана СН4, или искусственные газы, получаемые в результате разложения (пиролиза) нефтепродуктов— керосина, различных масел, бензола, пиробензола и др. Основной составляющей искусственных газов также является метан СН4.

Детали загружают в муфельные печи, в которые вводят цемен­тирующие газы. При газовой цементации продолжительность про­цесса сокращается в 2—2,5 раза. Так, для получения цементован­ного слоя глубиной 1,0—1,2 мм требуется затратить 4—5 часов.

Кроме этого, газовая цементация обладает и другими преимущест­вами: возможностью регулировать процесс за счет изменения коли­чества и химического состава подаваемого газа: отсутствием гро­моздкого оборудования и угольной пыли; возможностью произво­дить закалку непосредственно из печи.

Процесс газовой цементации более экономичен.

Азотирование.

Азотированием называется насыщение поверх­ности стали азотом. Основоположником азотирования стали явля­ется русский ученый проф. Н. П. Чижевский, который впервые ис­следовал и применил этот процесс. Для азотирования используют аммиак NH3.

Сущность азотирования заключается в том, что ам­миак при температуре 500—750° С разлагается на азот и водород, и активные атомы азота (атомарный азот), диффундируя в поверхност­ный слой, сообщают поверхности стали большую твердость, не влияя на механические свойства сердцевины деталей.

В промыш­ленности для изготовления деталей, подлежащих азотированию, в настоящее время широко применяют сталь марки 35ХМЮА или ее заменитель 35ХВФЮА. После окончательной механической обра­ботки детали закаливают от температуры 960° С с охлаждением в воде или в масле и подвергают отпуску при 600° С также с охлаждением в воде или в масле.

Затем детали азотируют. Продолжитель­ность азотирования от 12 до 60 и даже до 90 часов в зависимости от требуемой толщины азотированного слоя и характера процесса.

Длительность выдержки деталей в потоке аммиака в печи влияет на глубину азотированного слоя. В среднем при 500° С азот за каж­дые 10 часов диффундирует на глубину 0,1 мм.

На практике для сокращения времени азотирования процесс ведут путем ступенча­того нагрева: вначале в течение 12—15 часов при температуре 500— 520° С; затем температуру поднимают до 550—600° С и дают выдерж­ку 15—20 часов.

При таком режиме длительность процесса удается сократить в 2,0—2,5 раза. В результате азотирования твердость стали достигает НВ 1000—1100; последующей термической обработ­ки не требуется.

Азотирование имеет ряд преимуществ перед цементацией: она дает незначительное изменение размеров деталей, обеспечивает бо­лее высокую твердость и износоустойчивость (при нагреве до тем­пературы 500—550° С твердость азотированных деталей не снижа­ется); сообщает деталям хорошую сопротивляемость действию пе­ременных нагрузок, высокий предел выносливости и коррози­онную стойкость. Недостаток азотирования — длительность про­цесса.

Азотирование применяют в машиностроении для получения вы­сокого качества дизельной аппаратуры, измерительного инстру­мента, зубчатых колес и др.

Цианирование — процесс одновременного насыщения поверх­ности стали углеродом и азотом для придания ей высокой твердости, сопротивляемости истиранию и коррозионной стойкости.

Одновременное присутствие в среде углерода и азота ускоряет их совместную диффузию в поверхностные слои стали. Такими средами могут быть расплавленные цианистые соли (жидкостное цианирова­ние), науглероживающие и азотирующие газы (газовое цианирова­ние), твердые порошки и пасты (твердое цианирование). Цианирова­нию подвергают углеродистые и легированные стали.

Существует два вида цианирования: высокотемпературное и низкотемпературное.

Высокотемпературное  цианирование при­меняют для деталей из углеродистой и легированной стали с содер­жанием углерода 0,3—0,4% с целью получения твердого, хороша сопротивляющегося истиранию поверхностного слоя и вязкой серд­цевины.

Такое цианирование проводится при температурах 780— 930° С, т. е. выше точки ЛГ1, когда сталь находится в состоянии аус-тенита и преобладает процесс насыщения ее углеродом.

Этот вид цианирования широко применяют на автомобильных заводах для зубчатых колес и различных мелких деталей.

Низкотемпературное  цианирование при­меняют для инструментов из быстрорежущей стали при температу­рах 500—600° С, т. е. ниже точки AC1, когда преобладает процесс насыщения стали азотом, с последующим медленным охлаждени­ем цианированного инструмента.

В последнее время на заводах вводится новый процесс циа­нирования — газовое цианирование, или нитроцементация. Газо­вое цианирование занимает промежуточное положение между газо­вой цементацией и азотированием и поэтому иногда называется нитроцементацией.

При газовом цианировании детали нагреваются в смеси газов, содержащих углерод и азот. Для этой цели используют смесь окиси углерода СО и аммиака ΝΗ3.

При их химическом взаимодействии образуются активный углерод и азот.

В последнее время газовое ци­анирование (нитроцементацию) производят в печах, оборудованных для газовой цементации, путем введения в рабочее пространство этих печей бензола или пиробензола.

Диффузионная металлизация.

Кроме указанных процессов на­сыщения поверхности стали углеродом и азотом, широко применяют насыщение стали алюминием, хромом, кремнием и др. Этот про­цесс применяют главным образом с целью получения стальных дета­лей, устойчивых против разъедания щелочами и кислотами, а так­же с целью повышения устойчивости стали против окисления горячи­ми печными газами, т. е. против окалинообразования.

Алитированием называется процесс насыщения поверхности стальных и чугунных деталей алюминием с целью повышения их жаростойкости. Алитированию подвергают главным образом мало­углеродистые стали.

Процесс алитирования может происходить в твердой, жидкой и газообразной средах. Наиболее распространен способ алитирования в твердой среде.

Детали, подлежащие алити­рованию, укладывают в железные ящики со смесью, состоящей из 49% порошка алюминия, 49% окиси алюминия и 2% хлористого аммония. Укладывать детали в ящики следует так же, как при це­ментации в твердом карбюризаторе.

Ящики плотно закрывают крыш­ками, обмазывают огнеупорной глиной, погружают в печь и на­гревают в течение 5—10 часов при температуре от 900 до 1100° С. За это время образуется алитированный слой глубиной 0,3—1,0 мм.

После алитирования детали подвергаются диффузионному от­жигу при температуре около 1000° С с выдержкой 4—6 часов. В ре­зультате отжига содержание алюминия в поверхностном слое сни­жается, что уменьшает хрупкость алитированного слоя.

При алитировании в жидкой среде в стальном тигле расплавля­ют алюминий, насыщенный 6—8% железа, и в него погружают де­тали. Алитирование производится при температуре 750—800° С в течение 50—90 минут. Такая выдержка обеспечивает получение слоя глубиной 0,2—0,35 мм.

При газовом алитировании изделие вместе с порошком ферро­алюминия погружают в реторту и пропускают хлористый водород. После обменных реакций, протекающих при температуре 850 — 1000° С, атомарный алюминий диффундирует в поверхностные слои деталей.

Процесс газового алитирования длится обычно не более 4 часов. За это время можно получить алитированный слой глубиной 0,4 мм. После окончания процесса как жидкого, так и газового алитирова­ния рекомендуется производить диффузионный отжиг.

Диффузионным хромированием называют процесс насыщения поверхности стали хромом. Хромирование может производиться в твердых, газовых и жидких средах.

При хромировании в твердой среде применяют порошкообраз­ную смесь из 60—65% металлического хрома или феррохрома, 30— 35% глинозема и 5% хлористого аммония. Процесс ведется при температуре 1000—1150° С в течение 7—12 часов. При хромирова­нии низкоуглеродистой стали на поверхности деталей за это время образуется хромированный слой толщиной 0,1—0,25 мм.

При жидком хромировании изделия нагревают в ванне из рас­плавленных хлористых солей бария, магния и кальция с добавкой феррохрома и хлористого хрома. Процесс ведется при температуре 980-1000° С.

При хромировании в газообразной среде изделия нагревают до 950—1050° С в атмосфере парообразного хлористого хрома.

В низкоуглеродистых сталях хром растворяется в α-железе. В высокоуглеродистых сталях хром образует карбиды.

Хромированию подвергают различные детали и инструменты, от которых требуются высокая износоустойчивость, коррозионная стойкость и жаропрочность,—такие, как сверла, калибры, клапаны компрессоров и т. д. Жаростойкость хромированных сталей состав­ляет 800—850° С.

Силицированиемназывают процесс поверхностного насыщения стали кремнием с целью повышения кислотоупорности, сопротивле­ния износу и жаростойкости деталей. Силицирование проводят в твердом, жидком и газообразном цементаторе.

Для твердого  силицирования используют смесь ферросилиция с шамотом. Чтобы ускорить процесс, добавляют хлористый алюминий. Процесс ведут при 1100 — 1200° С. При вы­держке 4—10 часов образуется силицированный слой глубиной 0,2—0,7 мм.

При жидком  силицировании используют хло­ристые соли с добавкой ферросилиция. Процесс ведут при 950— 1000° С.

Газовое  силицирование имеет наибольшее про­мышленное значение; его проводят аналогично алитированию, с ис­пользованием ферросилиция. Процесс идет более интенсивно, чем в предыдущих случаях. После выдержки при 1050° С в течение 2 часов получают слой толщиной 1,0 мм, насыщенный кремнием.

Характерной особенностью силицированного слоя является его пористость. Если проварить деталь в масле при температуре 150— 200° С, масло, впитываясь в поры, способствует самосмазыванию детали, повышая ее стойкость при работе на истирание. Жаростой­кость силицированных деталей не превышает 800—850° С.

В последние годы разработаны новые процессы повышения из­носоустойчивости стальных деталей, которые называются сульфидированием и сульфоцианированием.

Сущность  сульфидирова­ния заключается в насыщении поверхности стальных деталей се­рой на глубину 0,2—0,3 мм путем их нагрева в расплавленных серноазотистых солях при температуре 550—600° С с выдержкой в те­чение 2—3 часов. В результате поверхность деталей насыщается се­рой до 0,5% и азотом до 1,0%.

Сульфидированные детали хорошо работают на трение. По лабораторным исследованиям износоустой­чивость деталей после сульфидирования повышается в 2—3 раза.

Читайте также:  Цветная металлургия: предприятия, отрасли, руды, продукция

Сульфоцианирование — процесс поверхностного на­сыщения стали серой, углеродом и азотом. Совместное влияние серы и азота в поверхностном слое металла обеспечивает более высокую износоустойчивость. Сульфоцианирование проводится обычно в соляных ваннах при температуре 550—600° С.

Источник: Остапенко Н.Н.,Крапивницкий Н.Н. Технология металлов. М. Высшая школа,1970г.

Источник: https://markmet.ru/tehnologiya_metallov/khimiko-termicheskaya-obrabotka-stali

Диффузионная металлизация

Диффузионная
металлизация — это про­цесс диффузионного
насыщения поверхностных слоев стали
различными металлами. Она может
осуществлять­ся в твердых, жидких и
газообразных средах.

При диффузионной
металлизации в твердых средах применяют
порошкообразные смеси, состоящие обычно
из ферросплавов с добавлением хлористого
аммония.

Жидкая диффузионная
металлизация осуществляет­ся
погружением детали в расплавленный
металл (например, цинк, алюминий).

При газовом способе
насыщения применяют летучие хлористые
соединения металлов, образующиеся при
взаимодействии хлора с ме­таллами
при высоких температурах. Хлориды
диссоциируют на поверхности железа и
вы­деляющийся в атомарном состоянии
металл диффунди­рует в железо.

Диффузия металлов
в железе идет значительно мед­леннее,
чем углерода и азота, потому что углерод
и азот образуют с железом твердые
растворы внедрения, а ме­таллы — твердые
растворы замещения. Это приводит к тому,
что диффузионные слои при металлизации
полу­чаются в десятки раз более
тонкими. Поверхностное насыщение стали
металлами прово­дится при температурах
900—1200° С.

Алитирование (Al)

Алитированием
называется процесс насыщения поверхности
стали алюминием. В результате алитирования
сталь приобретает высокую окалиностойкость
(до850—900° С) и коррозионную стойкость
в атмосфере и в ряде сред.

При алитировании
в порошкообразных смесях чис­тые
детали вместе со смесью упаковывают в
железный ящик. В рабочую смесь входят:
порошковый алюминий (25—50%) или ферроалюминий
(50—75%), окись алю­миния (25—50%) и хлористый
алюминий (~1,0%). Процесс осуществляется
при температуре 900—1000°С в течение 3—12
ч.

Реже
применяют алитирование в ваннах с
расплав­ленным алюминием. Алитируемые
детали погружают в расплавленный
алюминий (92—94% А1 и 6—8% Fe).
Железо добавляют для того, чтобы
предотвратить рас­творение обрабатываемых
деталей в алюминии. Процесс проводят
при температурах 700—800°С в течение 45—
90 мин.

Алитирование в
расплавленном алюминии отлича­ется
от алитирования в порошкообразных
смесях прос­тотой метода, быстротой
и более низкими температура­ми.
Основной недостаток процесса — налипание
алюми­ния на поверхность деталей.

Иногда применяют
металлизацию поверхности стали алюминием
(напыление слоя алюминия на обрабатыва­емую
поверхность) с последующим диффузионным
от­жигом при температуре 900—1000°С в
течение 1—3 ч.

Для предохранения
алюминия от окисления во время
диффузионного отжига изделие покрывают
обмазкой, состоящей из серебристого
графита (48%), кварцевого песка (30%), глины
(20%), хлористого алюминия(2%) и 20—25% от
массы первых четырех составляющих —
жидкого стекла.

Алитирование стали
металлизацией с последующим диффузионным
отжигом в несколько раз дешевле, чем в
порошках. Агитированный слой представляет
собой твердый раствор алюминия в железе,
концентрация алюминия в поверхностном
слое достигает 30-40%. Алитированию
подвергают трубы, инструмент для литья
цветных сплавов, чехлы термопар, детали
газоге­нераторных машин и т. д.

Источник: https://studfile.net/preview/1106955/page:21/

ПОИСК

широко применяют в различных отраслях техники, так как он надежно защищает металлические изделия от коррозии и коррозионно-механического разрушения.

Алитирование же как способ антикоррозионной защиты пока не нашло достаточного распространения, хотя в ряде агрессивных сред, особенно содержащих сернистые соединения, оно эффективнее цинкования. [c.

184]

    Нами изучено влияние диффузионного цинкования и различных методов алитирования на сопротивление коррозионной усталости углеродистых сталей. [c.184]

    Стационарный потенциал алитированных сталей равен —(915 920) мВ (см. рис. 100), т.е. на 350—370 мВ отрицательнее, чем у сТалей без покрытия. Однако через 4 сут испытаний потенциал стали 20 смещается в положительную сторону, примерно до —540 мВ. Сдвиг потенциала алитированной стали 45 происходит с меньшей интенсивностью и после 12 сут достигает (-680) -ь (-690 мВ).

Причина смещения потенциалов — интенсивное растворение слоя алюминия. Однако сталь остается защищенной от воздействия среды слоем интерметаллида, потенциал которого более положительный, чем у сталей, и составляет —(530—540) мВ. Таким образом, защитные слои, получаемые при жидкостном алитировании, функционируют сначала в качестве анодного, а затем катодного покрытия. [c.

187]

    В условиях коррозионной усталости при высоких уровнях циклического напряжения характер изменения электродного потенциала и кинетики разрушения алитированных сталей подобны наблюдаемым у оцинкованных.

При нагружении алитированных образцов более низкими циклическими нагрузками происходит интенсивное коррозионно-усталостное разрушение слоя алюминия и в дальнейшем интерметаллидный слой и сталь находятся в условиях катодной защиты в результате анодного растворения слоя алюминия.

После смещения потенциалов образцов до (-54) (—550 мВ) в результате полного растворения слоя алюминия разрушение возникающей системы интерметаллидный слой — сталь протекает аналогично разрушению сталей с катодными покрытиями. [c.187]

    Диффузионное хромирование протекает медленнее, чем алитирование. На поверхности изделия образуется не только химически стойкий, но и прочный при высоких температурах слой из сложных карбидов.

Для хромирования применяют смесь, состоящую из 60% порошка металлического хрома, 36% глинозема или каолина и 4% нашатыря, в которую помещают хромируемую деталь. Процесс ведут при температуре около 1 000° С.

За 25—30 ч на поверхности детали из малоуглеродистой стали образуется хромированный слой толщиной от 0,05 до 0,1 мм. [c.70]

    Основными способами защиты от газовой коррозии являются легирование металлов, создание защитных покрытий и замена агрессивной газовой среды. Для изготовления аппаратуры, подвергающейся действию коррозионно-активных газов, применяют жаростойкие сплавы.

Для придания жаростойкости стали и чугуну в их состав вводят хром, кремний, алюминий применяются также сплавы на основе никеля или кобальта. Защита от газовой коррозии осуществляется, кроме того, насыщением в горячем состоянии поверхности изделия некоторыми металлами, обладающими защитным действием.

К таким металлам принадлежат алюминий и хром. Защитное действие этих металлов обусловлено образованием на их поверхности весьма тонкой, но прочной оксидной пленки, препятствующей взаимодействию металла с окружающей средой. В случае алюминия этот метод носит название алитирования, в случае хрома — термохромирования.

Для защиты используют и неметаллические покрытия, изготовленные из керамических и керамико-металлических (керметы) материалов. [c.687]

    Для повышения стойкости против окисления углеродистых печных труб рекомендуется их алитировать. По данным трубного института стойкость алитированных труб против окисления по сравнению с трубами углеродистой стали без покрытия выше до 800° в 30—50 раз, до 900° — в 10 раз, до 1000° — в 5 раз. [c.423]

    Для получения 1 кг ЫН методом Р. Альберта и И. Махе [3] применяют сосуд из малоуглеродистой стали, защищенный снаружи от непосредственного действия пламени манжетой из алитированной стали.

Верхнюю часть сосуда и его плоскую крышку, укрепленную с помощью резинового кольца, охлаждают водой. Сосуд снабжен боковыми трубками для пропускания водорода, присоединения к вакуумной системе и введения термопары.

Внутри сосуда находятся два цилиндрических тигля, из которых один плотно входит в другой, [c.35]

    Подобно алитированию при нагреве стальных изделий в соответствующих порошкообразных смесях производят хромирование и силицирование стали.

При хромировании (при 1050—1150° С) поверхностный слой стали насыщается хромом, в результате чего у низкоуглеродистых сталей повышаются антикоррозийные свойства, а у высокоуглеродистых сталей повышается также твердость и стойкость против истирания.

При силицировании (при 1100— 1200° С) происходит насыщение поверхностного слоя кремнием, благодаря чему повышается кислотостойкость стали. [c.294]

    На основе А. методом порошковой металлургии созданы спеченные алюминиевые сплавы, отличающиеся высокой жаропрочностью. А.

используют для раскисления стали, получения некоторых металлов методом алюмотермии, взрывчатых веществ, а также в композиционных материалах на различной основе. См. также Алюминиевая бронза.

Алюминиевая латунь. Алюминиевый чугун, Алюми-нирование, Алитирование. [c.66]

    Алитирование хромистых сталей позволяет значительно расширить область их применения при повышенных температурах в агрессивных средах, содержащих сероводород. Коррозионная стойкость алитированных 3%-ных хромистых сталей в чистом сероводороде при 500—550 °С выше коррозионной стойкости стали 12Х18Н10Т.

Для изготовления трубчатых змеевиков печей, а также для коммуникационных трубопроводов и пучков трубчатых теплообменников в США и некоторых других странах на установках гидроочисткн нефтепродуктов используют в промышленном или опытном масштабе алитированные трубы из стали 15Х5М взамен труб из дорогой стали типа 18—8.

Опыт подтверждает целесообразность такой замены материала. [c.27]

    Исследования водородопроницаемости при повьипенных температурах стали марки 12Х18Н9Т с алитированными, борированными, хромированными слоями показали, что эти покрытия — эффективный барьер потоку водорода.

Для стали с алитированным покрытием толщиной 90 мкм температурная зависимость водородопроницаемости в интервале 800-550 °С линейна, энергия активации на этом участке составляет Ер = 158 кДж/моль, что несколько выше, чем у непокрытой стали ( р = 122 кДж/моль), водородопроницаемость снижается почти в 5 раз.

У борированных образцов с толщиной слоя 80 мкм наблюдается снижение водородопронииэемости в 13 раз при температуре 800 °С и в 70 раз при температуре 400°С энергия активации «р = 168 кДж/моль. [c.64]

    Для повышения надежности работы трубчатых печей в условиях повышенной ванадиевосернистой коррозии рекомендуется крепление радиантных труб и конвекционной решетки выполнять из сталей 25Х23Н7СЛ с предварительным алитированием.

Кроме того, значительное снижение ванадиевосернистой коррозии может быть достигнуто по ачей в газовый поток доломитовой пыли или введением в мазут присадки ВТИ-4ст (39]. По данным Всесоюзного теплотехнического научно-исследовательского института им. Ф. Э.

Дзержинского, введение присадки ВТИ-4ст позволяет  [c.216]

    Диффузионные покрытия (алитирование) получают барабанной обработкой в атмосфере водорода при температуре около 1000 °С в смеси алюминиевого порошка, AljOa и небольшого количества NH4 1.

Получается поверхностный сплав алюминия с железом, который обеспечивает стойкость как к высокотемпературному окислению на воздухе (до 850—950 °С), так и к коррозии в серу-содержащей атмосфере (например, при очистке нефти).

Диффузионные алюминиевые покрытия на стали обычно не обеспечивают [c.242]

    При термодиффузионном способе нанесения покрытия изделие помещают в смесь, содержащую порошок металла покрытия. При повышенной температуре происходит диффузия наносимого металла в основной металл.

Таким путем получают покрытия алюминием (алитирование) и цинком. Иногда покрытия наносят при реакциях в газовой фазе.

Например, при пропускании парообразного СгСЬ над поверхностью стали при 1000 °С образуется поверхностный сплав Сг—Ре, содержащий до [c.236]

    Покрытие наносят в герметически закрытом контейнере. Очи-щенные металлические изделия погружают в порошок, содержащий металл покрытия. В течение нескольких часов контейнер нагревается при температуре, близкой (но меньшей) точке плавления металла. Цинковые покрытия, нанесенные на сталь, называются шерадизационными.

Диффузионный слой представляет собой сплав, содержащий 8—9% железа в цинке. Алюминиевые покрытия на стали или меди называют алитиро-ванными. На них образуется окись алюминия во всех поверхностных слоях с содержанием алюминия более 8%.

Эта окисная пленка обеспечивает высокую сопротивляемость действию коррозии, но сильно охрупчивает поверхностные слои, поэтому после алитирования необходимо подвергнуть изделие отжигу. [c.105]

    Диффузионное алюминирование (алитирование). Алитиро-ванные нелегированные стали широко применяются вместо термоустойчивых высоколегированных сталей. [c.106]

    Длительные испытания труб с различными диффузионными покрытиями — борирование, алитирование и хромоалитирова-ние — показали, что они не вызывают повышения коррозионной стойкости труб из стали 12Х1МФ при эксплуатации в нижней радиационной части и в пароперегревателе парогенераторов. Указанный результат получен в парогенераторах с различными видами топлива сернистый мазут, антрацитовый штыб и эстонский сланец. [c.245]

    Жидкостное алитирование или, как его называют, алюминирование не оказало заметного влияния на предел выносливости образцов из стали 45 в воздухе и увеличило условный предел коррозионной выносливости образцов в 3 %-ном растворе Na I с 50 до 160 МПа. Аналогичное повыше- [c.185]

Читайте также:  Сталь 20х13: характеристики, применение, аналоги, состав

    В практике 3. от к. широко применяют поверхностное легирование недорогих сплавов, имеющих хорошие мех. характеристики. Повер.хностный слой обычной стали можно превратить в сплав с высокой коррозионной стойкостью путем нагрева в порошкообразной шихте, содержащей Zn (диффузионное цинкование).

А1 (алитирование) нли Сг (хромирование), иногда со спец. активирующими добавками. Можно также п 1акнровать дешевый малостойкий материал тонким слоем более коррозионностойкого, напр, путем совместной горячей прокатки двух листов до нужной толщины образчюшегося биметалла . [c.

165]

    По характеру изменения хим. состава обрабатываемого изделия л.-т. о, можно разделить на диффузионное насыщение неметаллами или металлами и диффузионное удаление элементов (чаще всего углерода в слабоокислит. среде или водорода в вакууме). Разновидности Х.-т. о. цементация- насыщение гл. обр.

стальных изделий углеродом азотирование — насыщение азотом стали, сплавов на основе Ti и тугоплавких металлов оксидирование-окисление поверхностных слоев алюминиевых и магниевых сплавов цианирование и нитроцементация -одновременное насыщение углеродом и азотом стальных (чудных) изделий соотв.

из расплава солей и газовой фазы борирование — насыщение бором изделий из стали, сплавов на основе Ni, Со и тугоплавких меташюв силициро-вание — насыщение кремнием алитирование — насыщение алюминием гл. обр. сталей, реже чугунов и сплавов на основе Ni и Со хром ирование и цинкование-насыщение стали соотв.

хромом и цинком меднение-насыщение медью изделий из стали. Из всех видов Х.-т. о. наиб, широко используют насыщение стали углеродом и азотом. Углерод и азот быстро диффундируют в железо, образуя при этом твердые р-ры, карбидные и нитридные фазы, резко отличающиеся по физ.-хим. св-вам от железа.

[c.230]

    Диффузионное насыщение стали алюминием является одним из самых надежных способов защиты от действия кислорода при высоких температурах. Алитированые изделия могут использоваться вместо жаростойких сталей. [c.277]

    Для защиты сталей от окисления используются термодиффузиоыные способы упрочнения поверхности металлов (хромирование, алитирование, силицирова-ние) [50]. [c.138]

Источник: https://www.chem21.info/info/1273908/

Pereosnastka.ru

  • Алитирование
  • Категория:
  • Металлы

Алитирование

Алитированием называется процесс насыщения поверхностного слоя стального (железного) изделия алюминием. Этот процесс проводится с целью повышения жаростойкости, т. е. способности материала противостоять коррозии при высоких температурах в газовой среде, богатой кислородом.

В результате этого процесса в поверхностном слое изделия получаются столбчатые кристаллы твердого раствора алюминия в железе а.

Содержание алюминия в алитированном слое может достигать 50%, однако при этом поверхностный слой оказывается очень хрупким.

При содержании алюминия 20—30% алитиро-ванный слой становится менее хрупким, причем жаростойкость его сохраняется.

Поэтому важнейшей составной частью процесса алитирования является диффузионный отжиг, в результате которого часть алюминия из поверхностных слоев диффундирует в более глубокие и содержание его в поверхностном слое снижается до 20—30%.

Глубина слоя алитирования составляет 0,2—0,3 мм, однако после диффузионного отжига она увеличивается до 0,6—0,8 мм. Именно такая глубина и требуется для большинства изделий.

В результате алитирования технического железа с 0,1% углерода, являющегося обычным материалом для такой обработки, жаростойкость при температуре 900—950° повышается в 5—6 раз. Алитирование широко используется для повышения жаростойкости цементационных коробок, колосниковых решеток и т. д.

Практика использования алитированных изделий при температуре 700—800° показывает, что жаростойкость при этих условиях возрастает в десятки раз.

Процесс алитирования может осуществляться несколькими способами. Основным является термодиффузионное алитирование, проводимое при температуре 950°.

Оно ведется в смеси, содержащей 49% тончайшей алюминиевой пудры или ферроалюминия, 49% глинозема или высококачественной глины, служащей для предохранения алюминиевой пудры от спекания, и 2% хлористого аммония NH4C1, применяемого в качестве ускорителя процесса.

Алитированию могут подвергаться не только углеродистые стали (железо), но и стали легированные, а также никелевые сплавы.

В результате алитирования жаростойкость изделий из этих материалов сильно увеличивается. Слои глубиной не менее 20 мк, содержащие 20—40% А1, улучшают жаростойкость жаропрочных никелевых сплавов при 900—1100 °С и увеличивают ресурс изделий до 4000—10000 час.

Ухудшения механических свойств при этом не наблюдается.

Реклама:

Источник: http://pereosnastka.ru/articles/alitirovanie

Диффузионное низкотемпературное алитирование сталей и сплавов при механической активации поверхности

РАСПЛАВ Ы

4 • 2010

УДК 621.793.6

© 2010 г. К. Р. Каримов1, А. И. Анфиногенов, Я. Б. Чернов, В. В. Чебыкин, А. А. Панкратов, Б. Д. Антонов

Диффузионное низкотемпературное алитирование сталей и сплавов при механической активации поверхности

Исследовано получение алюминидных диффузионных покрытий на сталях 20, 08Ю, 08Х18Н10Т и хромоникелевых сплавах Х27Ю5Т, ХН65ВМЮТ, Х15Н60-Н при механической активации поверхности во вращающемся реакторе в смесях, содержащих порошки алюминия, хлорида аммония и корунда при температурах 550—600°С. Определена толщина и фазовый состав алюминидных покрытий, жаростойкость алитированной стали 08Ю при 620 и 912°С и сплава ХН65МВТЮ при 1000°С.

Полученные покрытия исследованы рентгенофазовым анализом, рентгеноспек-тральным микроанализом и гравиметрическим методом. Алюминидные покрытия на конструкционных сталях состоят из последовательных фаз, начиная с внешнего слоя: РеА13, Ре2А15, Ре3А1; а также на нержавеющей стали из фаз: Ре2А15, Сг2А1, СгА15, на жаропрочных сплавах из фаз: №А13, №А1, №3А1, Сг2А1, СгА15.

Ключевые слова: термодиффузионное алитирование, повышение жаростойкости, алюминидные покрытия, солевой хлоридный активатор.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в промышленности применяют разнообразные покрытия, наносимые на поверхность изделий тем или иным способом в зависимости от условий их эксплуатации.

Диффузионное насыщение позволяет при относительно небольших затратах формировать в поверхностных слоях изделий необходимую фазовую структуру, соответствующую требуемым свойствам, и представляет собой одну из главных задач в общей системе мер по защите металла от коррозии, повышения его жароустойчивости и износостойкости.

Поскольку данная статья — первая в цикле работ по данной теме, то далее приводим анализ современного уровня исследования формирования диффузионных покрытий, в том числе с влиянием механической активации.

Наиболее полная классификация процессов диффузионного насыщения, основанная на физико-химической характеристике используемой среды, содержащей насыщающий элемент, предложена Г.Н. Дубининым [1].

Развитая и дополненная классификация этих методов дана в монографии [2].

По данной классификации, в зависимости от типа насыщающей среды, различают четыре метода диффузионного насыщения: твердый, газовый, жидкий и парогазовый.

Такая классификация учитывает все известные способы и технологические приемы насыщения поверхности металлов и сплавов различными элементами. Каждый из методов получения покрытий имеет свои преимущества и недостатки.

Все указанные методы обеспечивают либо создание активной насыщающей среды, что является одним из необходимых условий технологии диффузионного насыщения, либо хороший контакт насыщающего компонента с поверхностью детали.

.uran.ru

Одним из наиболее эффективных и широко применяемых в промышленности методов повышения долговечности многих ответственных деталей является их химико-термическая обработка (ХТО), которая воздействует на поверхностные слои металла, т.е.

на те слои, в которых концентрируются максимальные напряжения, развиваются процессы коррозии и износа.

Преимуществом диффузионных покрытий, получаемых при ХТО, заключается в том, что связь наносимого элемента с защищаемым металлом наиболее прочная вследствие взаимной диффузии.

Постепенное изменение концентрации наносимого элемента по толщине покрытия обеспечивает хорошее сцепление покрытия с основой вследствие плавного или ступенчатого изменения коэффициентов термического расширения фаз покрытия, что обеспечивает долговечность эксплуатации деталей при резких колебаниях температур.

Наиболее универсальным металлическим покрытием для защиты от окисления изделий различного назначения при повышенных температурах на воздухе и в некоторых агрессивных средах являются алюминидные покрытия.

Поверхностное насыщение алюминием металлов и сплавов придают им повышенную окалиностойкость при высоких температурах в результате образования оксидной пленки a-A12O3 на алюми-нидном покрытии и соответственно повышенное сопротивление атмосферной коррозии.

Имеются многочисленные публикации по получению алюминидных покрытий на различных металлах и сплавах указанными методами.

В монографиях [3—6] приведены результаты исследований по алитированию сталей, а в книгах [7—11] имеются отдельные разделы по нанесению алюминидных покрытий на различные стали и сплавы.

Разработаны различные методы диффузионного алитирования: в порошковых средах, в ваннах с расплавленным алюминием, газовый, электролизный в ваннах с расплавленными солями алюминия.

ТЕРМОДИФФУЗИОННОЕ АЛИТИРОВАНИЕ В ПОРОШКОВЫХ СМЕСЯХ

Алитирование металлических изделий в порошковых смесях получило преимущественное распространение в промышленности, особенно для повышения их коррозионной устойчивости и жаростойкости.

Для алитирования используются разнообразные смеси, состоящие из порошков алюминия, или ферроалюминия, оксида алюминия, хлорида аммония с добавлением легирующих элементов. Алитирование осуществляют в ящиках из жаропрочной стали при 700—1000°С. Однако алитирование при высоких температурах вызывает быстрый рост зерна стали.

Для снижения содержания алюминия в покрытии и уменьшения его хрупкости алитированные детали чаще всего подвергают дополнительному отжигу (нормализации).

Усложнение геометрической формы и увеличение размеров ряда изделий вызвало интерес к снижению температуры поверхностного упрочнения металлов. При 500— 600°С можно значительно уменьшить коробление изделий, сохранить прочностные свойства основы, увеличить срок службы оборудования, не снижая при этом качества поверхностного слоя.

  • Наиболее вероятными реакциями алитирования являются разложение хлорида аммония на аммиак и хлорид водорода, вступление металлического алюминия в реакцию с хлоридом водорода с образованием хлорида алюминия, самовосстановление алюминия до соединения алюминия низшей валентности. На поверхности стали происходит диспропорционирование хлорида одновалентного алюминия с образованием сплава Al—Fe [8]:
  • МН4а(тв) ^ МН3(г) + НС1(г),
  • 6НС1(г) + 2А1(тв) ^ 2А1С13(г) + 3Н2(г),
  • 3 2 1 4
  • 10 11 12

Рис. 1. Схема установки для нанесения термодиффузионных покрытий:

1 — реактор; 2 — крышка; 3 — патрубок для откачки воздуха и подачи инертного газа; 4 — печь; 5 — клапан; 6 — шлюз для засыпки легирующих порошков (смесь); 7 — насыщающая смесь; 8 — детали; 9 — сепаратор; 10 — дополнительная емкость; 11 — крышка дополнительной емкости; 12 — маховик для клапана. Узел вращения на схеме не показан.

А1С13(г) + 2А1(тв) ^ 3А1С1(г),

3А1С1(г) + 2Бе(тв) ^ А1С13(г) + 2РеА1(сплав).

В литературе отмечается, что алюминиевые покрытия лучше цинковых противостоят коррозии в атмосферных условиях, в сухой или влажной среде, содержащей серу.

Глубина алюминидного слоя и концентрация в нем алюминия определяют стойкость деталей в рабочих условиях.

Термодиффузионный метод алитирования, осуществляемый в порошковых средах, наиболее удобен для нанесения покрытий на резьбовые части изделий.

С целью повышения коррозионной устойчивости выхлопных систем из конструкционных сталей двигателей внутреннего сгорания в условиях агрессивных сред с циклическим нагревом до 600°С, а также увеличения жаростойкости теплообменников и турбинных лопаток из нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов до 1000°С нами проведены исследования по нанесению алюминидных покрытий на стали 20, 08Ю, 08Х18Н10Т и сплавы Х27Ю5Т, ХН65ВМЮТ, Х15Н60-Н методом низкотемпературного насыщения в смеси (мас. %): алюминия — 2.5, активатора МН4С1 — 0.5 и электрокорунд — остальное, при 550—600°С при механической активации поверхности в течение 3—5 ч [12]. Хлорид аммония в данной схеме выступает поставщиком хлор-ионов, необходимых для интенсификации переноса алюминия через газовую фазу. Движущей силой процесса алитирования выступает изменение энергии сплавообразования на поверхности насыщаемого материала.

ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Нами использован малоотходный способ нанесения сплошных диффузионных антикоррозионных, жаростойких алюминидных покрытий на поверхность черных, цветных металлов и сплавов (метизы, трубы, турбинные лопатки и другие изделия) на установке периодического действия в атмосфере аргона (рис. 1).

  1. Таблица 1
  2. Химический состав сталей и сплавов (мас. %)
  3. Сталь, сплав, ГОСТ Сг N1 Бе Мо «Иг А1 Т1 Мп 81 С 8 Р

Сталь 20, До 0.25 До 0.25 Основа — — — — 0.35— 0.17— 0.17— До 0.04 До 0.04

1050-88 0.65 0.37 0.24

Сталь 08Ю, 0.03 0.06 Основа — — 0.02— — 0.20— 0.01 До 0.07 0.025 0.02

9045-80 0.07 0.35

Сталь 17.0— 9.0— Основа — — — 5.0С—

Источник: http://naukarus.com/diffuzionnoe-nizkotemperaturnoe-alitirovanie-staley-i-splavov-pri-mehanicheskoy-aktivatsii-poverhnosti

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector