Чаще всего алитирование проводят для деталей, изготовленных из стали, никелевых сплавов и чугуна. Глубина насыщения составляет 0,02…1,2 мм. Алитирование проводится главным образом для повышения жаростойкости, уменьшения схватываемости поверхностей, повышения износостойкости, защиты от коррозии в средах, содержащих серу, азот и углерод. Алитированный слой стальной детали представляет собой ?-твердый раствор алюминия в железе. Кроме этого на поверхности стальной детали возможно образование одной или нескольких интерметаллидных фаз состава: FeAl2, FeAl, Fe3Al, Fe2Al5. (происходит от немецкого слова alitieren - алюминирование).{/slide}
Чаще всего алитирование проводят в порошкообразных смесях, состоящих из 25-50 % порошка алюминия или 50-75 % ферроалюминия, с добавлением окиси алюминия (25-75 %) и хлористого аммония (NH4Cl) в количестве около 1 %. Во время нагрева стали в алитирующей среде протекают следующие реакции:
NH3 > 1/2N2 + 3/2H2 ,
2HCl + 2/3Al > 2/3AlCl3 + H2 .
Пары хлорида алюминия, как более тяжелые, взаимодействуют с алюминием по реакциям диспропорционирования:
2/3AlCl3 + 1/3Al > AlCl2 ,
AlCl2 + Fe > 2/3AlCl3 + 1/3Fe3Al .
Таким образом, в результате алитирования с помощью алюминия в насыщающей среде происходит восстановление хлоридов алюминия до AlCl3, который вновь вступает в обратимые реакции.
- Повышение жаростойкости.
- Повышение коррозионной стойкости при работе в растворах солей и азотной кислоты.
- Повышение эрозионной стойкости.
В настоящее время алитирование проводят как в твёрдой, так и в жидкой средах. Кроме того, в заводской практике постепенно начинает расширяться способ металлизации.
- Алитирование в порошках. Чаще всего здесь используют порошкообразные смеси следующих составов:
- 49,5 % алюминия + 49,5 % Al2O3 + 1 % NH4Cl;
- 99 % ферроалюминия + 1 % NH4Cl;
- 48 % ферроалюминия + 48 % кварцевого песка + 4 % NH4Cl.
Во всех составах температуру алитирования поддерживают на уровне 950…1050 °С, а время выдержки для указанных температур назначают в пределах от 6 до 12 ч. При таких режимах глубина алитированного слоя может составлять 0,25…0,6 мм.
Сам процесс алитирования проводят следующим образом. Детали и порошки послойно загружают в железные или нихромовые ящики. В процессе насыщения в них многократно добавляют 10-15 % свежей порошкообразной смеси. Если в состав смеси входит окись алюминия, то ее предварительно перед загрузкой в ящик прокаливают при температуре 800-900 °С. Все компоненты порошкообразных смесей просеивают через сито с размером ячейки 0,4-0,5 мм. Ящик, в котором проводят алитирование, обязательно должен быть снабжен плавким затвором. Вместе с деталями в ящик кладут по два-три контрольных образца, называемых свидетелями. С помощью таких свидетелей можно следить за ходом насыщения.
На рисунке 1 показана зависимость глубины алитированного слоя у стали 10 от продолжительности насыщения при различных температурах.
- Алитирование в расплавленном алюминии. Сущность этого способа заключается в выдержке деталей в ванне с расплавленным алюминием при температурах 720 -850 °С. Поскольку в жидком алюминии некоторые детали могут растворяться, то для предотвращения такого процесса в ванну вводят 8-12 % железа. В составе ванны нежелательно иметь примеси меди, цинка и кремния, т.к. они затрудняют процесс насыщения.
Время выдержки может меняться в зависимости от вида деталей и их назначения от 15мин. до 1ч. При таких режимах можно получать алитированные слои глубиной 0,1…0,3 мм. Следует заметить, что при таком способе иногда может отмечаться повышение хрупкости, получаемого слоя. Поэтому, в целях устранения такого дефекта, детали после алитирования подвергают отжигу при температуре 950-1050 °С в течение 4-5 часов. При такой термообработке глубина слоя может увеличиться на 20-40 %.
В процессе алитирования на поверхности расплава рекомендуют создавать слой флюса, состоящего, например, из 40 % NaCl; 40 % KCl; 10 % Na3AlF6; 10 % AlF3. Такой флюс играет роль защиты и уменьшает процесс разъедания поверхности детали. На рисунке 2 показана зависимость глубины слоя у стали 10 от продолжительности алитирования в расплаве алюминия при различных температурах.
Алитированный слой представляет собой твердый раствор алюминия на базе химического соединения Fe3Al. Такую фазу чаще называют ?-фазой. Концентрация алюминия в этой фазе может доходить до 30 % и более.
В настоящее время постепенно развивается и расширяется алитирование способом металлизации. Сущность этого способа заключается в напылении на поверхность детали слоя алюминия с последующим диффузионным отжигом при температуре 900-1000 °С. Перед отжигом деталь покрывают обмазкой, состоящей из 48 % серебристого графита, 30 % кварцевого песка, 20 % глины и 2 % хлористого аммония. Все компоненты замешиваются на жидком стекле и наносится на деталь толщиной 0,8-1,5 мм.
Температура, при которой происходит насыщение, составляет 900-950 °С. Сам процесс может длиться 2-4 часа. При таких режимах можно получать слой толщиной 0,2-0,4 мм. Наибольшее применение алитирование получило при производстве клапанов двигателей внутреннего сгорания, чехлов термопар и т.п. В принципе, алитирование можно назначать для любых деталей, работающих при высокой температуре, и которым, прежде всего, предъяляют требования высокой окалиностойкости.
