§ 15. Свойства хромированной стали

На рис. 31 приведены величины поверхностной твердости хромированной углеродистой стали. Высокая твердость по­верхности обусловливает высокую износостойкость и тепло­стойкость (850—900° С) хромированных изделий. Если износостойкость оловянносвинцовистого баббита принять за единицу, то закаленная сталь ШХ-15 имеет износостойкость в 54,6 раза больше, хромированная сталь с 0,65% С— в 227,5 раза больше. Хромированная сталь отличается высо­кой эрозионной стойкостью и сопротивлением кавитации, что обусловливает применение хромирования для деталей топ­ливной аппаратуры, лопаток турбин из аустенитных сталей и т.д. Хромирование повышает характеристики ползучести, длительной и усталостной прочности материалов. Для повы­шения твердости сердцевины и повышения механических характеристик хромированные детали можно подвергать тер­мической обработке. Поверхность деталей при этом темнеет, но это практически не сказывается на уровне поверхностной твердости и коррозионной стойкости в малоагрессивных средах.

Результаты, приведенные в табл. 3, показывают сущест­венное повышение жаростойкости сталей после хромирования, причем хромированная углеродистая сталь имеет жаростой­кость выше, чем высоколегированные хромистые и хромоникелевые стали и сплавы.

Таблица 3

Материал	Привес на окалину, %
	до хромирования	после хромиро­вания
Железо (0,03% С)	615,3	81,0
Сталь 15	669,5	8,1
„ Х18Н11Б	388,9	10,4
„ ХН77ТЮ	57,2	16.3
„ Х23Н18*	100,0	6.3
* Условно принято за 100%.

Хромированный слой имеет высокую коррозионную стой­кость во влажном воздухе, морской воде, в нагретом паре и в азотной кислоте. В растворах серной, уксусной и фосфорной кислот стойкость хромированной стали заметно выше, чем не­хромированной, однако различие в стойкости менее резко, чем в азотной кислоте.

Весь этот комплекс положительных свойств хромирован­ной стали позволяет применять ее для большой номенклатуры разнообразных деталей ,из углеродистых и легированных сталей.

Глава 6. Алитирование стали

Процесс поверхностного диффузионного насыщения стали алюминием называется алитированием. Алитированию под­вергаются углеродистые и легированные стали различных марок с целью повышения жаростойкости и стойкости против атмосферной коррозии. В соответствия с диаграммой состоя­ний Fe—А1 (рис. 32) алитирование производят при темпе­ратурах 700—1100° С. Глубина алитированного слоя варьи­руется в пределах 0,02—0,8 мм. Так же, как и при хромировании, при диффузии алюминия образуется два твердых раствора — α и γ, однако уже гари содержании алюминия более 32,6% образуется ряд интерметаллических соединений.

§ 16. Технология процесса алитирования

Промышленное применение нашли в основном три метода алитирования: в твердых порошкообразных смесях, в ваннах с расплавленным алюминием, а также метод поверхностной металлизация алюминием с последующим диффузионным отжигам.

Возможно также алитирование в вакууме осаждением из парогазовой фазы, электролитическое—в ваннах, состоящих из солей алюминия, а также газовое алитирование, при кото­ром через твердые смеси, содержащие алюминий, пропускают водород.

Алитирование в твердых смесях проводят в герметичных контейнерах, применяя порошок алюминия (49—50%) или ферроалюминий (50—99%) с добавками окиси алюминия (при применении FeAl добавка Аl₂Оз необязательна, так как порошок почти не подвержен спеканию) и NH₄Cl (1—2,%).

Химические реакции, протекающие в таком контейнере, подобны реакциям при хромировании:

МН₄С1=NНз+НС1;

6НС1 + 2А1 = 2А1С1з + ЗН₂;

А1С1з+2А1=3А1С1;

или

А1С1з = А1С1 + Cl₂.

Считается, что образующийся субхлорид алюминия А1С1 путем самовосстановления на поверхности стали образует атомарный алюминий

ЗА1С1= А1С1з+2А1.

Однако возможно и протекание обменной реакции типа

А1С1з + Fe (изделие) =FеС1з + А1.

Оптимальной температурой процесса считается темпера­тура 950—1050° С. Процесс достаточно длительный и в зави­симости от требуемой глубины составляет 4—30 ч.

Для уменьшения хрупкости слоя иногда после такого алитироваяия проводят диффузионный отжиг при 800—1000°, в результате которого содержание алюминия в поверхностном слое снижается до 20—30% с увеличением общей глубины слоя.

Большой производительностью отличается метод погруже­ния изделий в ванну с расплавленным алюминием.

Процесс ведут при 700—800°, слой толщиной 0,02—0,1 мм образуется уже в течение 1 — 15 мин. Однако при всей своей простоте и кратковременности этот метод обладает рядом не­достатков: 1) повышенной хрупкостью слоя, которая также должна устраняться диффузионным отжигом; 2) разъеданием и растворением изделий в расплавленном алюминии; 3) ма­лой стойкостью тиглей; 4) местным налипанием алюминия и пленки окиси алюминия на деталях; 5) неравномерностью насыщения; 6) окислением железа во время погружения.

Правда, существует целый ряд мероприятий для повыше­ния качества алитирования в ваннах. Добавление в ванну 8—12% Fe или 20—22,% Ni уменьшает интенсивность рас­творения и разъедания деталей.

Метод также усовершенствован за счет применения флю­сов, что уменьшает разъедание (прогрев производится в слое флюса), защищает расплав от окисления, улучшает смачива­ние и тем самым способствует образованию более однород­ного по глубине слоя, облегчает очистку поверхности от загрязнений при встряхивании деталей в слое флюса. В каче­стве флюсов применяются составы, содержащие NaCI, HC1, LiCI, ZnCl₂, А1Fз, NaF, Na₃AlF₆ в различных пропорциях.

При алитировании рассматриваемым способом стальных листов и проволоки перед загрузкой в ванну проводят отжиг в проходных печах с восстановительной атмосферой диссоциированного аммиака. При этом удаляются все окисные пленки, и поверхность стали эффективно смачивается рас­плавленным алюминием.

Алитирование методом металлизации проводят в не­сколько приемов. На предварительно очищенную поверхность (пескоструйная обработка, обработка металлической крош­кой для очистки и создания повышенной шероховатости с целью повышения сцепления покрытия и основного ме­талла) путам распыления наносится слой алюминия толщи­ной 0,8—1,2 мм. Процесс покрытия состоит в плавлении ме­талла и разбрызгивании его струёй сжатого воздуха под дав­лением 2—4 ат с помощью специальных металлизаторов (газовых, электрических или высокочастотных). При этом получается пористый слой с малой прочностью сцепления. Далее производится обмазка поверхности защитными соста­вами (серебристый графит, огнеупорная глина, кварцевый песок, жидкое стекло и т. д.) для защиты от окисления при последующем диффузионном отжиге. Отжиг проводится при температуре 900—1100° с предварительным подогревом и медленным охлаждением. Этот метод вполне экономичен и может конкурировать с другими методами.