Файл: Многокомпонентные диффузионные покрытия..pdf

Фазовый состав диффузионных покрытий на железе и угле­ родистых сталях после хромотитаноалитирования алюмино-

Рис. 123. Влияние содержания углерода на глубину Сг—Ті—А1-слоя: t = l — 1100 °С, 2 — 1000, 3 — 900 °С

262

термическим методом одинаков (имеющиеся различия носят чисто количественный характер). С поверхности изделий об­ разуется алюминид Fe2Al5, легированный хромом и титаном, в котором наблюдаются выделения химического соединения

хромом и титаном, с мелкодис­ персными выделениями Сг2Ті. На границе с основным метал­ лом располагается неупорядо­ ченный сложный твердый ра­ створ всех трех элементов в a -железе (рис. 122). Область твердых растворов (включая сверхструктуры) имеет пере­ менную микротвердость, плав­ но снижающуюся по направ­ лению к сердцевине с 555 до

190 кГ/мм2.

Рис. 124. Микроструктура диффузион­ ного Сг—Ті—Al-слоя стали 40X5

Концентрация алюминия, хрома и титана на поверхности хромотитаноалитированной стали 45 составляет 47,4; 0,7 и 0,2% соответственно. Углерод уменьшает скорость формиро­ вания Сг — Ті — Al-покрытия (рис. 123).

Кремний и титан в среднеуглеродистой стали (0; 4% С) по­ вышают глубину диффузионного слоя, хром в небольших ко­ личествах (до 5%) практически не влияет, а молибден и осо­ бенно никель снижают глубину слоя. Введение в сталь значительных (13% и выше) количеств хрома также приводит к сильному замедлению скорости формирования покрытия. К аналогичному результату приводит и комплексное легиро­ вание сталей несколькими элементами. Микроструктура диф­ фузионного слоя стали 40X5 показана на рис. 124.

Механические свойства хромотитаноалитированных сред­ неуглеродистых сталей в состоянии нормализации с последую-

263

щим улучшением несколько ниже, чем той же стали, не под­ вергнутой химико-термической обработке (табл. 83).

Прочностные характеристики стали 45 в состоянии улуч­ шения в результате хромотитаноалитирования снижаются на

8- 10% .

Из табл. 84 видно, что хромотитаноалитированный слой на

264

шает также жаростойкость легированных сталей и жаропроч­ ных сплавов (табл. 85).

Коррозионную стойкость в большинстве исследованных реагентов, исключая 10%-ную азотную кислоту, хромотитано­ алитированный диффузионный слой не повышает (табл. 86).

3. ТИТАНОАЛЮМОСИЛИЦИРОВАНИЕ

Одновременное насыщение сталей титаном, алюминием и кремнием повышает их жаро- и коррозионную стойкость в не­ которых агрессивных средах.

Титаноалюмосилицирование можно проводить в порошках чистых элементов или их ферросплавов и в порошках окислов (алюминотермическим методом).

Поставщиком активных атомов титана и кремния в послед­ нем случае являются их окислы. Влияние условий насыщения на глубину титаноалюмосилицированного слоя приведено на рис. 125.

Рис. 125. Влияние условий насыщения на глубину титаноалюмосилициро­ ванного слоя (1— армко-железо; 2, 3, 4 — стали 20, 45, У8):

а—<= 1100 °С, т=4 ч. Смесь: 40% А120 3, 85% ТЮ2, 15% Si02, 5% A1F3; 6-40% Al, т=8 ч

265

Повышение содержания алюминия в смеси сопровождает­ ся увеличением глубины диффузионного слоя, и при содержа­ нии 40% А1 и выше происходит преимущественно алитирова­ ние стали.

В качестве оптимального может быть рекомендован сле­ дующий состав смеси для титаноалюмосилицирования: 95% { 40% А12Оз+60% [30-40% А1+ 70-60% (85% ТЮ2+

+15% Si02)] [ +5% A1F3.

Повышение содержания уг­

лерода в стали существенно за­ медляет скорость формирова­ ния покрытия (рис. 126).

Рис. 126. Влияние углерода на глу­ бину Ті—Al—Si-покрытия:

t=l —900 °С, 2—1000 °С, 3—1100 °С

блюдаются включения силицида Ti5Si3) изоморфного FesSi3. Микротвердоеть Ti5Si3 составляет 1100 -1000 кГ/мм2.

Ниже располагаются сверхструктуры FeAl и F3A1, легиро­ ванные титаном и кремнием. При медленном охлаждении с температуры насыщения в области сверхструктур происходит выделение мелкодисперсных включений TisSi3, придающих этой зоне повышенную травимость. На границе с основным ме­ таллом располагается a-фаза характерного столбчатого строе­ ния. Микротвердость твердых растворов (включая сверх­ структуры) уменьшается с 530 до 180 кГ/мм2.

На поверхности углеродистых сталей 45 и У8 формируется карбид (Ті, Fe) С с концентрацией титана 52% и микротвер­ достью 1890—1780 кГ/мм2.

Под карбидной зоной располагаются те же фазы и в том же порядке, что и на армко-железе. Разница заключается в несколько более высокой твердости алюминида Fe2Al5 (710—

кремния и титана в Fe2Al5 достигает 41,0; 10,0 и 12,9% соответ­ ственно.

266