§ 17. Структура алитированного слоя и влияние различных факторов на результаты процесса

Структура и фазовый состав алитированного слоя зависят от метода алитирования. Содержание алюминия в поверх­ности может достигать ~ 50,% при применении твердых сме­сей и даже 75—80% при металлизации с последующим от­жигом.

В соответствии с диаграммой Fe—А1 (см. рис. 32) при этом на поверхности образуются интерметаллиды Fе₃А1, FeAl, FeAl₂ и т. д. Эти фазы, так же как и примыкающий к сердцевине а- твердый раствор алюминия в железе, при обычном травлении выявляются в виде светлой нетравящейся зоны. При алитировании в расплавленном алюминии граница слоя имеет извилистый иглообразный характер.

Это обусловлено спецификой образующейся в поверхности фазы Fe₂Al₅ с ромбической решеткой. Скорость диффузии алюминия в этой фазе максимальна и другие фазы при этом методе не образуются.

Рис. 33. Изменение концентрации алюминия и углерода в алитированном слое стали с 0,4% С ( фазовый состав дан для температуры диффузии)

Осо­бенности кристаллографи­ческой структуры этой фа­зы таковы, что наблюдает­ся преимущественная диф­фузия в направлении, пер­пендикуляр- ном поверхности, что и обусловливает игло­образный направленный характер кристаллов этой фазы.

При наличии углерода в стали часто за зоной а- фазы наблюдается зона с высоким содержанием угле­рода (рис. 33), однако это происходит не всегда. Отсутствие зоны, в сталях с содержанием более 0,7% С объясняется обра­зованием ε- фазы, характерной для системы Fe—А1—С. Кро­ме того, высокая концентрация углерода может привести к об­разованию в поверхностном слое иглообразных включений карбида А1₄Сз.

Увеличение содержание углерода снижает глубину алитированного слоя (рис. 34,а). На рис. 34,6 показано для срав­нения, насколько, интенсивнее протекает процесс алитирова­ния в расплавленном алюминии по сравнению с порошкооб­разной смесью.

Данные о влиянии легирующих элементов на результаты алитирования довольно противоречивы. Однако по аналогии с влиянием элементов на рост хромированного слоя можно заключить, что в безуглеродистых сталях снижать скорость роста будут те элементы, которые стабилизируют γ-фазу.

§ 18. Свойства алитированной стали

Алитированный слой обладает низкой износостойкостью, хотя имеет повышенную твердость—до 500 HV. Слои с боль­шим содержанием алюминия, как уже упоминалось, имеют повышенную хрупкость, поэтому необходимо применять или бедные алюминием смеси, или диффузионный отжиг.

Главным достоинством алитированных сталей являются антикоррозионные свойства в атмосферных условиях любой влажности. После алитирования сталь в три раза более стойка в атмосферных условиях, чем оцинкованная.

Другое важное преимущество — жаростойкость (окалиностойкость). Алитированная сталь может заменять высоко­легированные окалиностойкие сплавы, имея высокую стой­кость при нагреве до 800—900° и даже до 950—1000°. Эффект увеличивается при работе в области высоких температур, в среде сероводорода.

В связи с этим чрезвычайно эффективно применение алитированных сталей для печной арматуры, высокотемператур­ных камер, изложниц и т. д.

При алитировании жаростойких и жаропрочных аустенитных сталей также достигается эффект повышения окалиностойкости и эрозионной стойкости, причем алитирование по­зволяет производить последующую термообработку — за­калку и старение.

Правда, в большинстве случаев у жаропрочных сплавов понижаются при этом характеристики ползучести и длитель­ной прочности. Эффект же повышения окалиностойкости при алитировании тем выше, чем выше температура испытаний.