Характеристика процесса алитирования стали

Характеристика процесса алитирования стали

Алитирование — насыщение поверхности металлических изделий алюминием. Алитированный слой хорошо защищает от окисления изделия, эксплуатируемые при повышенных температурах (до 1100 0 С). Это объясняется образованием плотной пленки оксида Al₂О₃, предохраняющей металл от окисления. Алитирование увеличивает коррозионную стойкость изделий в азотсодержащих средах, защищает от науглероживания при нагреве в восстановительных углеродсодержащих средах. Механические свойства алитированного слоя невысоки.

Чаще всего алитированию подвергают изделия из низкоуглеродистой стали, реже — из среднеуглеродистой стали, чугуна, жаропрочной стали, жаропрочных сплавов на никелевой или кобальтовой основе.

Распространены следующие способы алитирования :

Особняком стоит метод электролитического покрытия, или гальванизации стали. Процесс протекает в безводных или неорганических электролитах, содержащих алюминиевые соединения. Он не пользуется популярностью ввиду сложностей регулировки процесса, низкой скорости и высокой себестоимости.

BUBLS-64 › Blog › Шеви-нива 16V Turbo #10

Вот и юбилейная, десятая запись о ШНиве. Спасибо, что следите и не забываете. Да и мы сегодня потрудились очень даже юбилейно и сварили весь выпуск. И скажу честно, сами довольны как два слона. Очень неплохо получилось, смотрите сами.

А теперь расскажу подробнее о том как это было. Помните вчерашнюю живопись Вована? Он исправился))

Затем немного переварили даунпайп и проблема со стабилизатором решилась.

Продолжаем. Дальше по плану разъёмное соединение и гофра.

Как всегда приходится впихнуть невпихуемое и следить что бы 60мм труба ни за что задевала. По этому мелких изгибов получается достаточно много, но главная цель повесить выпуск максимально выше к кузову. Приходится повторять все изгибы. Теперь очередь пламегасителя (он же стронгер, он же терка).

Алитируемые металлы и сплавы

Алитирование – это не только способ защиты поверхности. Оксидная пленка является прекрасной основой под лакокрасочные покрытия. Основными металлами, которые подвергают алитированию, являются:

1. Углеродистая сталь. При высоком содержании углерода в металле диффузия алюминия затруднена, поэтому обрабатывают преимущественно низко- и среднеуглеродистые стали.
2. Легированная сталь. Обработка данного металла сопряжена с определенными трудностями, однако при соблюдении всех технологических требований можно получить износостойкий защитный слой.
3. Чугун. Обработку чугуна выполняют реже. Целью является изменение физических свойств поверхностного слоя чугуна.

Процесс изготовления нержавеющей стали заключается в алитировании легированных или углеродистых составов.

Помимо вышеперечисленных металлов защитный слой наносят на следующие материалы:

• медь;
• титан;
• молибден;
• никель;
• ниобий.

Сварка алюминия со сталью через биметаллические вставки

Способ сварки алюминия со сталью путём нанесения металлических покрытий на стальные кромки технологически достаточно сложен. Поэтому, подобные способы целесообразно применять в случае сварки мелких изделий. На практике наибольшее распространение получил способ сварки с использованием промежуточных вставок из биметалла. Примеры таких соединений указаны на рисунке:
Биметаллические вставки изготавливаются из крупногабаритных биметаллических пластин, из углеродистой стали и хромоникелевой, при помощи сварки взрывом. Впервые такой метод был предложен Раздуем Ф.И. и Ситаловым В.П.

Свойства и преимущества алитированных сталей

Алитированная сталь обладает рядом ценных качеств:

1. После хроматирования получается поверхность с высокой адгезией к лакокрасочным изделиям.
2. Низкая себестоимость покрытия позволяет использовать алитирование в качестве достойной альтернативы дорогостоящим жаростойким покрытиям.
3. Алюминизированная сталь обладает устойчивостью к механическим повреждениям.
4. При температуре свыше 470 °C образуется промежуточный сплав, который имеет высокую устойчивость к температурным воздействиям.

Лабораторные испытания показали, что при равной толщине слой алюминия в 2,5 раза крепче, чем цинковый.

Алитирование – это высокотехнологичный процесс, который придает поверхности обрабатываемого металла новые защитные свойства. А что вы думаете о технологии? Возможно, считаете, что есть более качественные методы металлизации? Поделитесь вашими мыслями в блоке комментариев.

Recommendations

Comments 70

Наверное глупый вопрос, но почему +15 т.р. за аргон? я насчитал порядка 25 швов, не знаю как у Вас, но у нас круговой шов на 60-63 трубе стоит порядка 300 руб, получается 7.5 руб

Как варится алюминизированная сталь к нерже? Мой аргонщик выдает много страшных слов когда к нему несут выхлопные отфольцев из алюминьстали ) Ценник на стронгеры какой вышел?

Чем варили так и не озвучил? Полуавтомат? Смесь аргона и кислоты?

полуавтомат и кислота

Приятно смотреть когда у людей руки не из опы!

Характеристика процесса алитирования стали

________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 295-98.
** На территории Российской Федерации действует ГОСТ 8136-85. — Примечание изготовителя базы данных.

Примечания:

1. В скобках указано варьирование компонентов.

2. Допускается вместо хлористого аммония применять йодистый аммоний (ГОСТ 3764-75).

4.3. Технологический процесс алитирования состоит из:

приготовления порошковой смеси;

подготовки изделий;

загрузки изделий в контейнер;

проведения процесса;

выгрузки и очистки изделий;

термической обработки (при необходимости);

контроля качества.

4.4. Компоненты, входящие в смеси для алитирования, измельчают (например, в шаровых мельницах) до размеров частиц 150-600 мкм. Посторонние примеси (бумага, дерево, металлические частицы и др.) в смесях, подготовленных для проведения процесса, не допускаются.

4.5. Перед употреблением хлористый аммоний просушивают при температуре 130-150 °С в течение 1,5-2 ч с последующим охлаждением на воздухе. При хранении хлористого аммония более 5 сут операцию просушки повторяют. Окись алюминия прокаливают при температуре 600-700 °С в течение 2-3 ч.

4.6. Подготовленные компоненты смеси взвешивают на технических весах (с точностью 0,5%) в соотношениях, приведенных в табл.2, затем тщательно перемешивают до получения однородной массы, которую помещают в контейнер и прокаливают в течение 2-3 ч при температуре выбранного режима. После этого смесь пригодна для алитирования. При спекании частиц смеси ее дополнительно измельчают.

4.7. При алитировании происходит ослабление активности смеси, поэтому для стабилизации процесса необходимо в отработанную смесь добавлять свежей.

Примечание. При алитировании в смеси 98% FeAl и 2% NH Cl при 1050 °С в течение 24 ч обеднение смеси алюминием составляет 8,5-9%, поэтому при последующем алитировании необходимо в смесь добавлять 20% свежей смеси. Для алитирования при 950-1000 °С в течение 6-10 ч достаточно добавлять 10-15% свежей смеси, а при 860 °С в течение 10 ч алитирование может производиться многократно без освежения, с добавкой только 0,5-1,0% NH Cl.

4.8. Алитированию подвергают изделия, имеющие сухую, чистую обезжиренную поверхность без следов окисления. При наличии окислений и загрязнений изделия подвергают очистке электрокорундом N 12-16 или в специальных растворителях. Перед упаковкой в контейнер изделия необходимо обезжирить согласно ГОСТ 9.047-75.

4.9. Для алитирования используют контейнеры двух типов: с плавким и без плавкого затвора (п.4.1). В качестве примера на черт.1-4 приложения 4 приведены различные варианты контейнеров для алитирования.

4.9.1. Размеры и форму контейнеров подбирают в соответствии с размерами изделий, подвергаемых алитированию, и нагревательных устройств. Контейнеры с плавким затвором изготовляют из жаростойких сталей или сплавов (например, 20Х23Н18). При применении контейнера без плавкого затвора в качестве материала контейнера могут использоваться и низколегированные стали. Контейнер, особенно при повторных употреблениях, контролируют на отсутствие повреждений.

4.9.2. Для герметизации внутренней части контейнера плавкий затвор собирают в следующей последовательности:

засыпают в желоб плавкого затвора кварцевый песок (ГОСТ 22551-77) на высоты;

устанавливают крышку контейнера, утопив ее в песок;

засыпают на 20-30 мм в образующуюся щель между крышкой контейнера и желобом размельченную натрийсиликатную глыбу (ГОСТ 13079-81) с размером частиц меньшим, чем ширина щели между крышкой и желобом контейнера.

Крышку контейнера фиксируют в рабочем положении (например, прутком-фиксатором через проушины).

4.10. В одном контейнере можно алитировать как одно, так и несколько изделий (партий). Изделия с большими линейными размерами (например, шток, труба и др.) алитируют в вертикальном положении с использованием специальных приспособлений. Приспособления для определенной ориентации изделий в контейнере используют и в других случаях.

4.11. При загрузке изделий в контейнер и засыпкой их рабочей смесью соблюдают следующие требования:

расстояние между дном контейнера и изделием не менее 30 мм;

расстояние между изделиями или изделиями и стенками контейнера не менее 15 мм;

расстояние между крышкой контейнера и изделиями не менее 50 мм;

смесь в контейнере слегка утрамбовывают;

время с момента загрузки и до начала алитирования не должно превышать 24 ч.

4.12. Для контроля процесса алитирования в контейнер помещают контрольные образцы (2-3 шт.), располагая их в различных зонах контейнера. Контрольные образцы изготовляют из той же марки стали, той же плавки и подвергают той же предварительной термической обработке, что и изделие. В отдельных случаях допускается изготовлять контрольные образцы из стали другой плавки.

4.13. Нагревательные печи для алитирования должны:

обеспечивать нагрев изделий в контейнере до 1200 °С;

иметь равномерное температурное поле в объеме садки ±10 °С;

иметь систему автоматического регулирования для поддержания заданной температуры в период проведения процесса с точностью ±10 °С;

иметь вытяжную вентиляцию в соответствии с действующими санитарными нормами;

иметь устройства, обеспечивающие постоянный состав защитной атмосферы в период проведения алитирования.

4.14. Контейнер (или несколько контейнеров) с плавким затвором помещают в печь, нагретую до 200-300 °С. Скорость нагрева контейнера с изделиями в интервале 300-600 °С не более 100 °С в час, далее нагрев производят с максимальной скоростью до заданной температуры. Продолжительность выдержки контейнера в печи исчисляют с момента прогрева контейнера до требуемой температуры.

4.15. Охлаждение контейнера производят с печью до температуры не выше 500 °С, затем на спокойном воздухе. Контейнер с изделиями, для которых после алитирования не требуется высокая точность по размерам, допускается охлаждать на воздухе с температурой 800 °С.

4.16. При использовании контейнеров без плавкого затвора алитирование проводят в печах с защитной атмосферой (эндогаз, аргон) при избыточном давлении или при герметизации рабочего пространства печи.

4.16.1. Контейнер без плавкого затвора помещают в печь, нагретую не выше 300 °С, затем ее герметизируют и подключают систему создания в печи защитной атмосферы (например, продукты диссоциации природного газа, аргон и др.). После установления в объеме печи стабильной защитной атмосферы производят нагрев контейнера со скоростью 75-100 °С в час до температуры рабочего режима. Охлаждение контейнера производят с печью до температуры не более 300 °С.

4.17. Разборку контейнера производят после его остывания до комнатной температуры, но не позднее 24 ч с момента достижения температуры 100 °С. Необходимо обратить внимание на то, чтобы посторонние компоненты (например, натросиликатная глыба) не попали в рабочий порошок. Содержимое контейнера выгружают в специальный поддон или другое устройство. Вынутые из контейнера изделия очищают от порошка, промывают в теплом содовом растворе, а затем просушивают.

4.18. Внешними признаками нормально прошедшего процесса алитирования являются:

гладкое зеркало застывшей натросиликатной глыбы в затворе контейнера с плавким затвором;

рассыпчатость смеси и ее светло-серый цвет;

отсутствие значительного налипания частиц порошка на поверхность изделий;

светло-серый цвет алитированной поверхности изделий.

4.19. По окончании процесса алитирования рабочую смесь высыпают в герметически закрываемую тару. Если перед следующим потреблением смесь окажется влажной (хлористый аммоний гигроскопичен), то ее просушивают при температуре 150-250 °С, а затем при необходимости измельчают.

5. АЛИТИРОВАНИЕ В ВАННАХ С РАСПЛАВЛЕННЫМ АЛЮМИНИЕМ

5.1. Алитирование проводят в ваннах в расплаве алюминия или его сплавов при температурах 700-850 °С в течение от нескольких секунд до десятков минут в зависимости от состава стали или сплава, необходимой толщины и структуры диффузионного слоя.

5.2. Технологическое оборудование для алитирования в ваннах следующее:

печь-ванна;

система автоматики и устройств для контроля и поддержания температуры;

приспособления для загрузки (выгрузки) изделий;

приспособления для очистки поверхности изделий от алюминия.

5.3. Технологический процесс алитирования изделий в ваннах с расплавленным алюминием состоит из следующих операций:

приготовление ванны;

подготовка поверхности;

загрузка изделий;

проведение процесса алитирования;

выгрузка изделий из ванны и их очистка;

термическая обработка (при необходимости);

контроль качества.

5.3.1. Приготовление ванны для алитирования осуществляется в следующей последовательности. В тигель загружают флюс (составы флюса приведены в табл.3) и нагревают до температуры 900-950 °С (для обезвоживания флюса). Затем небольшими порциями в расплав флюса добавляют алюминий (А99). Толщину флюса 6-10 мм поддерживают постоянно в течение всего процесса. Для предотвращения разъедания изделий при алитировании в жидкий алюминий вводят 3-9% железа (по массе) в виде проволоки или стружки. Для поддержания концентрации железа на определенном уровне проводят химический анализ состава ванны каждый раз перед алитированием новой партии изделий.

Составы флюсов для алитирования в ваннах с расплавленным алюминием

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Алитирование — сталь

Алитирование стали проводят для повышения жаростойкости ( окалиностойкости) деталей, работающих при температурах до 900 С. [1]

Алитирование стали Х5М позволяет сочетать высокую коррозионную стойкость поверхностного слоя с теплостойкостью основного металла. [3]

В результате вакуумного алитирования стали не удается получить достаточной концентрации алюминия на насыщаемой поверхности. После двухчасовой изотермической выдержки при 1500 С в смеси ( 50 % алюминия — — 50 % окиси алюминия) концентрация алюминия на поверхности стали достигла только 3 %, чего явно недостаточно для придания повышенной жаростойкости. [4]

В работах [325, 326] изучен процесс алитирования сталей , меди, никеля, хрома, нихрома, молибдена и вольфрама в парах монохлорида алюминия. В работе [11] сообщается о возможности алитирования тугоплавких металлов и сплавов на их основе в парах галогенидов алюминия и их смесях с водородом. [5]

Особенности формирования и строения диффузионных слоев при алитировании сталей из шликера и их физико-механические свойства. [6]

С целью повышения коррозионной стойкости резьбовых соединений в парах морской воды автором совместно с А. А. Конопле-вой был разработан технологический процесс алитирования стали 25Х1МФ в иодидной среде циркуляционным методом. [7]

С целью выбора оптимального режима алитирования, обеспечивающего высокую жаростойкость, разработан метод локального спектрального анализа диффузионного алитированного слоя. Исследована кинетика образования диффузионного слоя в процессе алитирования стали ЭИ696М; построены кривые, характеризующие количественное распределение алюминия и качественное — никеля и хрома по глубине слоя. Источником возбуждения спектра служила высокочастотная искра. Использован линейный источник света. [8]

Главным преимуществом алюминиевого покрытия, которое на заготовки наносят методом диффузионного насыщения, по сравнению с другими металлическими покрытиями является его высокая жаростойкость. Покрытия на основе алюминия, получаемые различными способами алитирования сталей и сплавов, широко используют в технике для защиты деталей в процессе их длительной эксплуатации. Алитирование заготовок и деталей с целью защиты от окисления при горячей обработке может производиться любым известным способом: в порошковых смесях, в жидких средах, окраской. [9]

Применяют жидкофазное алитирование в расплавах на основе алюминия. Для предотвращения разъедания поверхности деталей в алюминиевую ванну добавляют основной металл насыщаемой поверхности. Например, при алитировании сталей добавляют 3 — 4 % Fe. [11]

Технология алитирования

Наиболее распространенными для высокотемпературных деталей являются алюминидные покрытия. Процессы алитирования делят на низкотемпературные с высокой и высокотемпературные с низкой активностью алюминия.

Иногда смеси для алитирования делят на смеси с низкой и высокой активностью алюминия.

К смесям с низкой активностью алюминия относят смеси, в которых при 1000 ◦ С активность алюминия А1_α –2 и формируется покрытие на основе обогащенного никелем β – NiAl. В смесях с высокой активностью алюминия используют порошки чистого алюминия, галогенида и инертного наполнителя.

Покрытия в смесях с высокой активностью алюминия обычно получают при 700 – 900 °С, с низкой – при 1050 – 1100 °С. Структура покрытия, полученного в смесях с высокой активностью алюминия, зависит от температуры процесса. При 700 – 900 °С в этих смесях получают покрытие со структурой Ni₂А1₃, в то время как при 1100 – 1150 °С со структурой β – NiAl, обогащенного никелем.

Различные процессы алитирования характеризуются не только различной структурой покрытия, но и механизмом формирования.

При низкотемпературном процессе с высокой активностью алюминия покрытие формируется в результате преимущественной диффузии алюминия внутрь сплава. При высокотемпературном процессе с низкой активностью алюминия в результате преимущественной диффузии никеля из подложки через покрытие в зону роста, которая находится на границе покрытие – смесь.

Детали с покрытиями, полученными в смесях с высокой и низкой активностью алюминия, как правило, подвергают термической обработке. Детали с покрытием из ε – Ni₂А1₃ обрабатывают для того, чтобы получить покрытие, состоящее в основном из достаточно прочной, тугоплавкой β-фазы, детали с покрытиями, полученными в смесях с низкой активностью алюминия – для восстановления первоначальной структуры сплава.

Покрытие, полученное в смеси с низкой активностью алюминия, состоит из двух зон: наружной (основная структурная составляющая β – NiAl с включениями частиц смеси) и внутренней (β – NiAl, карбиды и σ – либо μ – фазы). Покрытие, полученное при 700 – 800 °С в смеси с высокой активностью алюминия без термической обработки состоит практически из одного слоя: ε – Ni₂Al₃ с включениями элементов сплава, которые не растворяются в ε – фазе. Во время термической обработки происходит преимущественная диффузия никеля из подложки в покрытие. В результате покрытие состоит из трех зон: наружной (β – NiAl и не растворившиеся в нем легирующие элементы сплава); средней (β – NiAl) и внутренней (β – NiAl, карбиды и интерметаллиды).

Дата добавления: 2017-12-05 ; просмотров: 296 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Алитирование стали

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 20

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/мм 2 . 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.

Микроструктура вставки, алитированной по оптимальному режиму

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.

Долговечность изделия в зависимости от толщины алитированного слоя

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.

Процесс алитирования стали

Алитирование — суть технологии. Наиболее распространенные способы алюминизации: порошковый, напыление, металлизация, вакуумный и погружение. Особенности процесса: длительность цикла и рабочая температура. Алитируемые металлы и их свойства.

Алитирование – это разновидность диффузионной металлизации, которая характеризуется насыщением поверхностного слоя алюминием. Защитное покрытие создает на обрабатываемых изделиях оксидную пленку, повышающую устойчивость к высокотемпературному воздействию и предупреждающую коррозионные процессы. Несмотря на то что данный способ обработки подходит для большинства металлов и сплавов, наиболее популярным является алюминирование стали. Второе место занимает чугун.

Алитирование отличается высокой технологической сложностью – его практически невозможно реализовать в домашних условиях. Рассмотрим особенности и нюансы технологии.

Способы алитирования

Алитирование стали выполняют при температуре от 700 до 1100 °C в зависимости от характеристик заготовки. Известно несколько методов алюминирования поверхности:

• в порошкообразных смесях (калоризация);
• напылением;
• металлизация;
• в вакууме;
• погружением.

Каждый способ имеет преимущества и недостатки. Технические характеристики слоя также будут иметь разные параметры.

Алитирование стали методом погружения является наиболее предпочтительным.

Описание процесса алитирования

1. Технология использования порошкообразных смесей напоминает процесс цементации стали. Для выполнения работ требуется металлический ящик, который заполняют карбюризатором. Сверху устанавливают деталь для обработки. Максимальная температура составляет 1050 °C. В среднем цикл длится от 8 до 12 часов. При этом глубина диффузии не превышает 0,5 мм. Рабочая смесь представлена порошками на основе алюминия с добавлением каталитических присадок. С помощью данного метода можно обработать детали любой формы. Дополнительным преимуществом является многократное использование карбюризатора, при этом себестоимость выполнения работ самая высокая.
2. Напыление – очень быстрый способ алитирования стали. Алюминий проникает вглубь изделий на 0,3 мм за один час. Характеризуется низкой температурой выполнения работ: она не превышает 750 °C. На этом достоинства заканчиваются. Из недостатков выделяют высокую пористость и неравномерность защитного слоя, а также повышенные требования к предварительной подготовке поверхности.
3. Металлизацию и последующий обжиг проводят при температуре 950 °C. Рабочий цикл длится 2–4 часа. Единственный минус – малая глубина проникновения (до 0,4 мм). Себестоимость обработки по сравнению с напылением выше на 20–25%. Несмотря на это, защитный слой отличается высоким качеством и стойкостью к механическим повреждениям, что с избытком компенсирует все неудобства.

Особняком стоит метод электролитического покрытия, или гальванизации стали. Процесс протекает в безводных или неорганических электролитах, содержащих алюминиевые соединения. Он не пользуется популярностью ввиду сложностей регулировки процесса, низкой скорости и высокой себестоимости.

Алитируемые металлы и сплавы

1. Углеродистая сталь. При высоком содержании углерода в металле диффузия алюминия затруднена, поэтому обрабатывают преимущественно низко- и среднеуглеродистые стали.
2. Легированная сталь. Обработка данного металла сопряжена с определенными трудностями, однако при соблюдении всех технологических требований можно получить износостойкий защитный слой.
3. Чугун. Обработку чугуна выполняют реже. Целью является изменение физических свойств поверхностного слоя чугуна.

Процесс изготовления нержавеющей стали заключается в алитировании легированных или углеродистых составов.

Помимо вышеперечисленных металлов защитный слой наносят на следующие материалы:

• медь;
• титан;
• молибден;
• никель;
• ниобий.

Свойства и преимущества алитированных сталей

1. После хроматирования получается поверхность с высокой адгезией к лакокрасочным изделиям.
2. Низкая себестоимость покрытия позволяет использовать алитирование в качестве достойной альтернативы дорогостоящим жаростойким покрытиям.
3. Алюминизированная сталь обладает устойчивостью к механическим повреждениям.
4. При температуре свыше 470 °C образуется промежуточный сплав, который имеет высокую устойчивость к температурным воздействиям.

Лабораторные испытания показали, что при равной толщине слой алюминия в 2,5 раза крепче, чем цинковый.

Алитирование – это высокотехнологичный процесс, который придает поверхности обрабатываемого металла новые защитные свойства. А что вы думаете о технологии? Возможно, считаете, что есть более качественные методы металлизации? Поделитесь вашими мыслями в блоке комментариев.

Алитирование

Алитирование, алюминирование (от нем. alitiren , от Al — алюминий) — (покрытие) поверхности стальных деталей алюминием для защиты от окисления при высоких температурах (700—900 °C и выше) и сопротивления атмосферной коррозии. Один из методов упрочнения машин и деталей.

Содержание

• 1 Материалы, допускаемые к алитированию
• 2 Проведение алитирования
• 3 Применение алитирования (алюминирования)
• 4 Литература
• 5 См. также

Материалы, допускаемые к алитированию

Чаще всего алитируются детали из малоуглеродистых аустенитных сталей и жаропрочных сплавов.

Проведение алитирования

Алитирование проводят в порошкообразных смесях (50 % Al или ферроалюминия, 49 % Al₂O₃ и 1 % NH₄CI или 99 % ферроалюминия и 1 % NH₄CI). При 1000 °C и выдержке в течение 8 ч образуется слой в 0,4—0,5 мм, насыщенный алюминием.

Алитирование выполняется также:

металлизацией (на поверхность детали наносят слой алюминиевого порошка и после изоляционной обмазки деталь подвергают диффузионному отжигу);

покраской деталей алюминиевой краской (с последующим диффузионным отжигом в защитной атмосфере);

погружением в расплав алюминия (с 6—8 % кремния (Si)) при 700—800 °C с последующей выдержкой, при этом концентрация алюминия в поверхностной части слоя составляет

от 80 % и выше. Толщина слоя 20-1000 мкм в зависимости от длительности нахождения в расплаве. Твёрдость алитированного слоя (на поверхности) до 500 HV, износостойкость наиболее высокая из всех методов

Алитированный слой обладает лучшим, чем цинковый слой, сопротивлением коррозии в атмосфере и морской воде.

Для небольших изделий более доступен метод алитирования с помощью газотермического напыления

Применение алитирования (алюминирования)

Алитирование (алюминирование) применяют при изготовлении клапанов автомобильных двигателей, лопаток и сопел газовых турбин, деталей аппаратуры для крекинга нефти и газа, труб пароперегревателей, печной арматуры, защиты от коррозии металлоконструкций и т. п. Алитирование в расплавленном алюминии широко используются вместо горячего цинкования (листы, проволока, трубы, строит, детали).

Литература

• Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение. — М. : Машиностроение, 1990.

См. также

• Металлизация
• Цементация
• Азотирование
• Цианирование

Что такое wiki2.info Вики является главным информационным ресурсом в интернете. Она открыта для любого пользователя. Вики это библиотека, которая является общественной и многоязычной.

Основа этой страницы находится в Википедии. Текст доступен по лицензии CC BY-SA 3.0 Unported License.

Wikipedia® — зарегистрированный товарный знак организации Wikimedia Foundation, Inc. wiki2.info является независимой компанией и не аффилирована с Фондом Викимедиа (Wikimedia Foundation).

научная статья по теме ДИФФУЗИОННОЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЕ АЛИТИРОВАНИЕ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ Физика

Цена:

Авторы работы:

Научный журнал:

Год выхода:

Текст научной статьи на тему «ДИФФУЗИОННОЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЕ АЛИТИРОВАНИЕ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ»

© 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.

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.

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),

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.

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).

Химический состав сталей и сплавов (мас. %)

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

Сталь 17.0— 9.0— Основа — — — 5.0С— по теме «Физика»

• СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛИ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДАМИ ЖИДКОФАЗНОГО АЛИТИРОВАНИЯ

АСТАФЬЕВ В.В., БРОДОВА И.Г., ВИНОГРАДОВ Д.А., ГОЛУБЕВ М.В., ЗАЙКОВ Ю.П., КОВРОВ В.А., ПИНГИН В.В., ШИРИНКИНА И.Г., ШТЕФАНЮК Ю.М., ЯБЛОНСКИХ Т.И. — 2015 г.

ХАЮТИН С.Г. — 2004 г.

ИЛЬИНЫХ Н.И., КУЛИКОВА Т.В., ЛЕОНТЬЕВ Л.И., ЛИСИН В.Л., МОИСЕЕВ Г.К., ШУНЯЕВ К.Ю. — 2004 г.

КАЛАШНИКОВ М. П., КОЗЛОВ Ф. В., НИКОНЕНКО Е. Л., ПОПОВА Н. А., СЕРГЕЕВ В. П., СЕРГЕЕВ О. В., СУНГАТУЛИН А. Р., ФЕДОРИЩЕВА М. В. — 2011 г.