2.3. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами

Для многих деталей теплоэнергетического машиностроения требуются жаростойкие покрытия. Их поверхность должна хорошо сопротивляться окислительному действию рабочей или окружающей среды. Традиционными способами получения таких покрытий являются алитирование (алюминирование), хромирование и силицирование из порошковых смесей, содержащих диффундирующий элемент, активизатор (NH₄Cl, NH₄J и др.) и нейтральный порошок (шамот, глинозём и др.) для предотвращения спекания смеси.

Диффузионная металлизация.

Как и при других видах химико-термической обработки, диффузионную металлизацию можно проводить в твёрдых, жидких и газообразных средах.

При твёрдой диффузионной металлизации металлизатором является ферросплав (феррохром, ферросилиций, ферроалюминий – сплавы железа с хромом, кремнием, алюминием и т. д. с высоким процентным содержанием этих элементов) с добавлением хлористого аммония (NH₄Cl). В результате реакции металлизатора с HCL или Cl₂ образуется летучее соединение хлора с металлом (AlCl₃; CrCl₂; SiCl₄ и т. д.), которое в результате контакта в результате контакта с металлической поверхностью диссоциирует с образованием свободных атомов.

Жидкую диффузионную металлизацию проводят погружением детали в расплавленный металл (например, алюминий).

Газовую диффузионную металлизацию проводят в газовых средах, являющихся хлоридами различных металлов.

Диффузия хрома, алюминия и других металлов протекает значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образуют с железом растворы внедрения, а металлы – растворы замещения. При одинаковых температурах и временных условиях это приводит к тому, что диффузионные слои при металлизации получаются в десятки и сотни раз более тонкими, чем при цементации.

Такая малая скорость диффузии препятствует широкому распространению процессов диффузионной металлизации в промышленности, так как процесс является дорогостоящим и его проводят при высоких температурах (1000 – 1200 ⁰С) длительное время. Только особые свойства слоя и возможность экономии легирующих элементов при использовании процессов диффузионной металлизации обусловили некоторое их применение в промышленности.

3. Легированные стали

Влияние легирующих элементов на механические свойства сталей. Легирующие элементы вводят для повышения конструкционной прочности стали. Легирование стали производят качественными, высококачественными или особовысококачественными. Их применяют после закалки и отпуска, посокльку в отожженном состоянии они по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых.

Улучшение механических свойств обусловлено влиянием легирующих элементов на свойства феррита, дисперсность карбидной фазы, устойчивость мартенсита при отпуске, прокаливаемость, размер зерна.

В конструкционных сталях феррит – основная структурная составляющая (не менее 90% по объёму), во многом определяющая их свойства. Легирующие элементы растворяясь в феррите, упрочняют его. Наиболее сильно повышают твёрдость медленно охлажденного (нормализованного) феррита (рис. 2, а) кремний марганец, никель, т. е. элементы, имеющие отличную от кристаллическую решётку. Слабее влияют молибден, вольфрам и хром, изоморфные .

Упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, большинство легирующих элементов снижают его ударную вязкость, особенно если их концентрация выше 1% (рис. 2, б). Исключение составляет никель, который не снижает вязкости. Марганец и хром при содержании до 1 % повышают ударную вязкость; при болшей концентрации она снижается, достигая уровня нелегированного феррита, примерно при 3 % Cr и 1,5 % Mn.