Сведения о начальной температуре заметной диффузии алюминия в железо довольно противоречивы. Согласно исследованиям Строупа и Парди, начало интенсивной диффузии алюминия в железо наблюдается при температуре 480° С, тогда как, по другим данным, переходные слои образуются лишь при температурах, значительно превышающих точку плавления алюминия, т. е. при температурах выше 660° С. Имеются также данные, что диффузйя алюминия в железо становится практически заметной лишь при температуре не менее 800° С.
Диффузия алюминия в железо является основой ряда важных с точки зрения техники процессов поверхностной обработки, в частности алитирования. Число работ, посвященных этому вопросу, невелико. Гребнер определил коэффициент диффузии алюминия в железо в области твердых растворов. Образцы технического железа, содержащего 0,03 % С, 0,07 % Мп, 0,005 % Р и 0,018 % S, длиной 20 мм, диаметром 15 мм помещали в ампулу диаметром 40 мм вместе с порошком состава: железо – алюминий (40 % Fe) – 79 %; NН4С1 – 1 % и А1203 – 20 %. Затем производили диффузионный отжиг смеси в интервале 900 – 1100° С длительностью 8 – 10 ч. Одну из плоскостей исследуемых образцов шлифовали и полировали. Тщательно обезжиренные и промытые спиртом образцы нагревали в установке ИМАШ 5М проходящим переменным током низкого напряжения, подводимого от трансформатора мощностью 2 ква, и напряжением 220/5 в. Протяженность изучаемого участка, имеющего постоянную температуру, равнялась 12 мм. Температуру образца контролировали платина-платинородиевой термопарой, спай которой приваривали точечной электросваркой к центру образца со стороны алюминиевого сплава АМгб (сплав АМгб имеет плакировку чистого алюминия АДО). Разрежение в вакуумной камере в процессе экспериментов составляло 10 4 мм рт. ст. При нагреве образцов до температур 550, 600, 650° С на границе перехода сталь – алюминий образуется интерметаллическая прослойка. Она возникает при 520 – 550° С уже после 2 ч выдержки. При более длительной выдержке ширина новой фазовой составляющей увеличивается мало, а с повышением температуры нагрева от 550 до 650° С значительно возрастает.
Последующие опыты были проведены при более короткой выдержке на установке ИМАШ 5М.
В образцах АМг6–1 x 18Н9Т с подслоем алюминия при нагреве до 550° С в течение 5 мин изменяется поверхность сплава АМгб. Через 10 мин в зоне контактирования со стороны стали образуется новая фаза. По-видимому, данная температура нагрева является недостаточной для диффузионного перемещения железа. Непосредственное наблюдение за ростом новой фазы со временем показывает, что она в первую очередь возникают в 6 местах наиболее грубо обработанных поверхностей и деформированных участков.
Первоначально появляющиеся участки интерметаллидов имеют вид «островков», постепенно объединяющихся в сплошную полосу, неравномерную по ширине.
Чтобы выяснить соответствие наблюдаемой картины на поверхности с внутренним слоем, образец после нагрева в вакуумной камере зачищали на абразивных кругах со снятием слоя 0,5 мм. Затем приготавливали шлиф. Интерметаллиды были видны и в толще образца.
Высказанные положения о температуре возникновения и росте интерметаллических фаз находят свое подтверждение при исследовании прочности слоев биметалла в зависимости от температуры. В этом случае из биметаллических полос вырезали кольцевые образцы, на которых определяли количественную характеристику прочности сцепления путем испытания на отрыв плакирующего слоя.
Учитывая сравнительно высокий темп охлаждения металла при сварке, можно считать, что температуры ниже 520 – 535° С безопасны с точки зрения образования прослоек между сталью и алюминием.
Приведенные значения «критических» температур не являются, однако, истинными значениями температур образования интерметаллических фаз. В соответствии с современными представлениями о взаимодействии разнородных металлов, развиваемых Л.А. Фридляндом, М. X. Шоршоровым, Ю.Л. Красулиным существует некоторый промежуток времени, в течение которого реакция образования интерметаллических соединений заметным образом не развивается. Этот промежуток времени, называемый периодом индукции (ретардации) т, прогрессивно уменьшается с увеличением температуры. При температурах 450 – 480° С даже значительные выдержки не вызывают образования интерметаллических фаз.
  • Читать все новости