Влияние никеля и хрома. Максимальное содержание никеля и хрома в сплавах было выбрано таким же, как и в нержавеющей стали Х18Н10Т, с тем, чтобы проверить влияние каждого элемента в отдельности.
Установлено, что при взаимодействии алюминия с железом, когда последнее обладает решеткой центрированного куба a-Fe, диффузионный слой всегда зазубрен в сторону железа, а в случае взаимодействия алюминия с железом или сплавом, содержащим железо в форме гранецентрированного куба "y-Fe, диффузионный слой имеет ровные границы.
Никель принадлежит к тем немногим элементам, которые образуют с железом непрерывный ряд твердых растворов. Введение никеля в железо расширяет у-область.
С повышением содержания никеля в стальной основе от 1,92 до 12 % толщина переходного слоя существенно изменяется как при 750, так и при 850° С. Толщина прослойки изменяется с 70 – 100 мкм (1,92 % Ni) до 10 – 14 мкм (8,5 % Ni), несколько увеличиваясь при повышении содержания никеля до 12 %. Прослойка равномерна по толщине, без «языков».
Хром относится к группе легирующих элементов, которые сужают у-область. Выбранные нами содержание хрома и температура алитирования, как следует из диаграммы состояния железо – хром, не затрагивают областей фазовых превращений. Таким образом, можно считать, что диффузионная зона, образующаяся при алитировании, изменяется только в зависимости от содержания хрома в выплавленном сплаве, температуры и времени алитирования. Толщина интерметаллической зоны почти не изменяется с температурой, но уменьшается с увеличением содержания хрома со 120 – 140 до 40 – 50 мкм.
Рентгеновское исследование фазового состава сварных железоалюминиевых швов, легированных никелем, позволило установить, что при увеличении концентрации никеля в стали количество интерметаллической фазы Fе2Аl5 в шве уменьшается. Так, если в образцах с 1,92 % Ni обнаружена широкая прослойка фазы Fе2Аl5, то в образцах с 8,5 % Ni содержание этой фазы незначительно.
При легировании хромом также уменьшается толщина интерметаллидной прослойки (фазы Fе2Аl5), но в значительно меньшей степени, чем при легировании никелем. Так, в швах с 7,2 % Сr содержание фазы Fе2Аl5 примерно такое же, как и в нелегированных швах, и лишь в швах, содержащих больше 10 % Сr, толщина интерметаллической прослойки (фазы Fе2Аl3) уменьшается.
Данные микрорентгеноспектрального анализа, выполненные на приборе «Камека», указывают на участие никеля и хрома в формировании интерметаллической прослойки. Содержание никеля и хрома в основном металле составляет соответственно 8,5 и 12,4 %. Влияние марганца. Марганец принадлежит к легирующим элементам, расширяющим у-область. В твердом состоянии в системе железо – марганец не возникает непрерывного ряда твердых растворов. Диффузия марганца в а- и у-железе происходит значительно труднее, чем диффузия углерода. Выплавленные нами сплавы при алитировании должны проходить только через а- и а + y-°области.
Влияние кремния, титана, ванадия. Как следует из диаграммы состояния, кремний относится к элементам, замыкающим у-область. При выбранном нами содержании кремния в сплаве и температурах алитирования захватывается только у-область и никаких фазовых превращений в сплавах при алитировании не происходит. Таким образом, характер диффузионной зоны, образующейся при алитировании, будет зависеть от содержания кремния в сплаве, температуры алитирования и времени выдержки образцов в жидком алюминии.
влияние хромаИсследовалась сталь восьми марок следующего состава: 0,02 – 1,06 % С; 0,13 – 4,49 % Si; 0,01 – 13,1 % Мп; 0,013 – 0,109 % Р; 0,007 – 0,035 % S; 0,15 – 18,69 % Сг. Образцы изготовляли из отожженных листов толщиной 0,5 – 0,6 мм, протравливали и погружали сначала на 30 сек в ванну с жидким флюсом при 800° С, а затем в ванну с расплавленным 99,7 %-ным алюминием, после чего охлаждали на воздухе. Температура алюминиевой ванны составляла 700, 750 и 800° С, выдержка 5, 60, 120, 180 сек. После удаления алюминия с поверхности образцы изгибали, диффузионный слой отделялся от основного металла, его очищали в НN03 и подвергали химическому анализу. Установлено, что содержащиеся в стали легирующие элементы замедляют рост диффузионных слоев в такой же мере, как если бы эти элементы были добавлены в алюминиевую ванну. Наиболее сильное влияние на диффузионный слой оказывают кремний и хром; магний действует слабее. Влияние кремния в алюминиевой ванне проявляется сильнее, чем при увеличении его содержания в стали. Повышение содержания кремния в стали или в ванне в одинаковой степени снижает твердость диффузионного слоя. С повышением содержания кремния в стали повышается его со-держание в диффузионном слое.
Фазовые превращения в сплавах железо – титан наступают лишь при нагреве выше 900° С. Введение титана в железо сильно сужает область. Ванадий и молибден резко ограничивают у-область. При выбранном содержании молибдена и ванадия в сплавах при температурах алитирования никаких фазовых превращений не происходит.
Таким образом, все элементы, увеличивающие толщину диффузионного слоя, сужают область существования у-модификации в диаграмме состояния железо – легирующий элемент. Элементы же, действующие противоположным образом, способствуют расширению у-области. Эта связь является следствием общеизвестного факта, что скорость диффузии (различных элементов) в а-модификации железа с объемноцентрированной кубической кристаллической решеткой больше, чем в у-модификации, отличающейся более плотной упаковкой атомов (гранецентрированная кубическая решетка). Легирующие элементы, сужающие у-поле (при температуре процесса), способствуют у – а-превращению железа при меньших концентрациях алюминия, увеличивая, таким образом, общую глубину диффузии. Этот эффект фазового превращения, сказывающийся в изменении легирующим элементом нижней границы растворения алюминия в а-железе, перекрывается влиянием вводимых легирующих элементов на скорость диффузии алюминия в каждую из модификаций железа, а также происходящим изменением верхнего предела растворимости алюминия в железе. Совокупное влияние этих фактов и обусловливает зависимость глубины алитирования от содержания легирующих элементов. Особенно наглядно это проявляется в случае легирования железа марганцем, который, как можно было бы ожидать на основании только расширения у-области в системе Fe – Мn, должен уменьшать толщину диффузионного слоя! 

  • Читать все новости