Алитирование это насыщение поверхностного слоя металла: что это, технология процесса, свойства стали

Алитирование — Металлы







Алитирование

Категория:

Металлы

Алитирование

Алитированием называется процесс насыщения поверхностного слоя стального (железного) изделия алюминием. Этот процесс проводится с целью повышения жаростойкости, т. е. способности материала противостоять коррозии при высоких температурах в газовой среде, богатой кислородом.

В результате этого процесса в поверхностном слое изделия получаются столбчатые кристаллы твердого раствора алюминия в железе а.

Содержание алюминия в алитированном слое может достигать 50%, однако при этом поверхностный слой оказывается очень хрупким. При содержании алюминия 20—30% алитиро-ванный слой становится менее хрупким, причем жаростойкость его сохраняется. Поэтому важнейшей составной частью процесса алитирования является диффузионный отжиг, в результате которого часть алюминия из поверхностных слоев диффундирует в более глубокие и содержание его в поверхностном слое снижается до 20—30%.

Глубина слоя алитирования составляет 0,2—0,3 мм, однако после диффузионного отжига она увеличивается до 0,6—0,8 мм. Именно такая глубина и требуется для большинства изделий.

В результате алитирования технического железа с 0,1% углерода, являющегося обычным материалом для такой обработки, жаростойкость при температуре 900—950° повышается в 5—6 раз. Алитирование широко используется для повышения жаростойкости цементационных коробок, колосниковых решеток и т. д.

Практика использования алитированных изделий при температуре 700—800° показывает, что жаростойкость при этих условиях возрастает в десятки раз.

Процесс алитирования может осуществляться несколькими способами. Основным является термодиффузионное алитирование, проводимое при температуре 950°. Оно ведется в смеси, содержащей 49% тончайшей алюминиевой пудры или ферроалюминия, 49% глинозема или высококачественной глины, служащей для предохранения алюминиевой пудры от спекания, и 2% хлористого аммония Nh5C1, применяемого в качестве ускорителя процесса.

Алитированию могут подвергаться не только углеродистые стали (железо), но и стали легированные, а также никелевые сплавы.

В результате алитирования жаростойкость изделий из этих материалов сильно увеличивается. Слои глубиной не менее 20 мк, содержащие 20—40% А1, улучшают жаростойкость жаропрочных никелевых сплавов при 900—1100 °С и увеличивают ресурс изделий до 4000—10000 час.

Ухудшения механических свойств при этом не наблюдается.

Реклама:

Читать далее:

Углеродистые стали и чугуны

Статьи по теме:

  • Методы физико-химического анализа металлов
  • Прочие механические испытания
  • Испытания на твердость
  • Испытания на растяжение
  • Основные свойства металлов






Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

Алитирование

Алфавитный указатель | А | Б | В | Г | Д | Е | Ж | З | И | К | Л | М | Н | О | П | Р | С | Т | У | Ф | Х | Ц | Ч | Ш | Щ | Э | Ю | Я
Вид химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхности деталей алюминием.  

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}

+
—
Сущность процесса алитирования
Щелкните, чтобы свернуть

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:

NH4Cl > NH3 + HCl ,
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 + 4/3Al > 2AlCl ,
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.

+
—
Цели алитирования
Щелкните, чтобы свернуть

  1. Повышение жаростойкости.

  2. Повышение коррозионной стойкости при работе в растворах солей и азотной кислоты.

  3. Повышение эрозионной стойкости.

+
—
Способы и режимы алитирования
Щелкните, чтобы свернуть

В настоящее время алитирование проводят как в твёрдой, так и в жидкой средах. Кроме того, в заводской практике постепенно начинает расширяться способ металлизации.

  1. Алитирование в порошках. Чаще всего здесь используют порошкообразные смеси следующих составов:
    1. 49,5 % алюминия + 49,5 % Al2O3 + 1 % NH4Cl;

    2. 99 % ферроалюминия + 1 % NH4Cl;

    3. 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.

  2. 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.








Алгоритмическая модель
 
Алкидная смола

 

Понравился материал на сайте sl3d.ru? Поделитесь им!

Помощь проекту «Машиностроение. Толковый словарь терминов»

Если Вам не безразлично будущее сайта, и Вы чувствуете необходимость продолжения начатой нами работы, мы с благодарностью примем от Вас добровольные пожертвования. Размер и количество взносов — на Ваше усмотрение. Все собранные средства пойдут на развитие проекта. Мы будем благодарны за любое пожертвование!

Почему алюминирование является отличной процедурой покрытия металлических компонентов в процессах термообработки

by Bob Frazier | 27 ноября 2017 г. | Новости |

Термическая обработка — это контролируемый процесс, который используется для изменения структуры и свойств металла, такого как алюминий и сталь, для увеличения срока службы конкретного компонента. Благоприятные эффекты могут включать поверхностную твердость, термостойкость, прочность и так далее.

Некоторые решения по термообработке включают поверхностное упрочнение, подделку, обработку для старения и т. д.

Типы термической обработки

Вот три распространенных типа процессов термической обработки:

Гомогенизация

Этот процесс выполняется для выравнивания температур по всему металлическому сплаву.

Отжиг

Этот процесс используется для размягчения сплавов и повышения их пластичности.

Нормализация

Вид термической обработки, направленный на снятие внутренних напряжений при сварке и литье.

Негативное воздействие процессов термической обработки

Процессы термической обработки вызывают сильную нагрузку на металлические сплавы, которые они должны обрабатывать. Такие чрезвычайно высокие температуры могут ослабить металл, сделав его более уязвимым.

Некоторые из других негативных последствий термической обработки:

Металлическое напыление

При выполнении процессов науглероживания некоторые металлические компоненты могут разрушаться и превращаться в металлический порошок при высоких температурах от 800°F до 1600°F. Железный сплав в процессе может перенасытиться углеродом и серой. Это может привести к потере пластичности.

Термическая усталость

Металлический сплав может выдержать процесс термической обработки без каких-либо видимых признаков деформации. Однако чрезмерное нагревание и охлаждение металлических сплавов может привести к разным скоростям расширения и сжатия. По мере повторения процессов могут начать появляться трещины.

Покрытие для термической обработки

Нанесение покрытия на металлические детали перед их термической обработкой доказало свою эффективность в снижении напряжения и повышении термостойкости детали.

Алюминирование – одна из наиболее эффективных процедур покрытия

Алюминирование смесью алюминиевого сплава, галогенидной соли и инертного наполнителя включает перенос частиц алюминия на поверхность металлического компонента. Создавая слой оксида алюминия, алюминирование создает прочный защитный слой, способный выдерживать высокие температуры.

От лотков и корзин для термообработки до нержавеющей стали, алитирование может оказаться замечательной процедурой покрытия. Это может уменьшить напряжение, укрепить металл и, в конечном итоге, увеличить срок службы металлического компонента.

Предприятия в таких отраслях, как аэрокосмическая и нефтехимическая, уже много лет используют процесс алитирования es .

Как VaporKote может помочь

С помощью порошка, созданного на месте, и тщательного контроля качества мы в VaporKote предоставляем алюминирование  для различных видов и марок металла. От предотвращения высокотемпературной коррозии до сведения к минимуму времени простоя металлических компонентов, мы являемся поставщиками металлургических услуг со всеми видами решений.

Отличное покрытие для металлов, используемых в процессах термической обработки

В процессах термической обработки возникает большая нагрузка на используемое в них оборудование. В частности, корзины, используемые при термической обработке, подвергаются большим нагрузкам, потому что высокие температуры могут ослабить большинство металлов, так что другие факторы нагрузки, такие как вес удерживаемых деталей, оказывают повышенное влияние.

Это может значительно сократить срок службы корзин для термообработки, что означает более частую замену и более высокие эксплуатационные расходы.

Один из способов продлить срок службы проволочных корзин и лотков, обработанных термообработкой, — тщательно выбрать правильный материал основы для каркаса корзины. Некоторые металлы, такие как Inconel® 625, обладают чрезвычайно высокими эксплуатационными характеристиками даже при температуре 2000°F (1093°C).

Однако даже эти металлы ослабевают при определенных условиях. Вот почему некоторые клиенты Marlin спрашивают: «Есть ли другой способ продлить срок службы корзины или лотка для термообработки?

Почему лотки и корзины для термообработки выходят из строя

Прежде чем мы перейдем к решениям по устранению неисправностей проволочных корзин/лотков для термообработки, важно знать , почему эти металлические формы выходят из строя.

Высокие температуры процесса термообработки могут ослабить металл, делая его более склонным к потере формы или поломке, да. Но напряжение от веса удерживаемых деталей — не единственная причина выхода из строя этих металлических форм.

Другие основные причины сбоев в процессах термической обработки включают:

  • Напыление металла. В процессах науглероживания некоторые металлические компоненты могут распадаться на металлический порошок при температурах в диапазоне 800–1650°F (430–900°C) в средах с низким содержанием кислорода и высоким содержанием углеводородов (метан, пропан, этан и т. д.). Сплав железа в металлической форме может быть перенасыщен углеродом и страдать от отложений. Это может привести к охрупчиванию и потере пластичности.
  • Термическая усталость. Тот факт, что металлическая форма выдержала процесс термообработки, не означает, что она остается такой же прочной, как и до того, как была введена в нее. Быстрый нагрев и охлаждение металлических форм может создать температурный градиент между внутренним ядром и внешней оболочкой металла, вызывая различные скорости расширения и сжатия между внутренним и внешним слоями. Со временем деталь начинает трескаться под многократной нагрузкой.

Распространенным средством борьбы с металлическим напылением является использование сплава с высоким содержанием никеля (например, Inconel®). Сплавы с высоким содержанием никеля устойчивы к эффекту насыщения углеродом металлического напыления, а также могут противостоять окислению при высоких температурах.

Тем не менее, термическая усталость остается проблемой даже для корзин и лотков из сплава Inconel®. Как можно смягчить воздействие термических напряжений, чтобы увеличить срок службы корзин для термообработки?

Один из методов заключается в нанесении специального покрытия на термообработанные металлические формы, но подойдет не любое покрытие:

Продление срока службы корзин для термообработки с помощью алюминирования

Покрытия для корзин для термообработки должны быть исключительно устойчивыми к нагреву, поэтому большинство покрытий на полимерной основе не подходят для этого использования. Причина в том, что температура плавления большинства полимеров измеряется сотнями градусов по Фаренгейту, в то время как процессы термообработки могут превышать 1000-2000°F.

Одним из видов покрытия, обычно используемым для защиты корзин и лотков для термообработки, является алюминирование.

В чем-то этот процесс похож на гальванику. Здесь смесь алюминия, галоидной соли и инертного наполнителя используется для переноса частиц алюминия на поверхность покрываемого металла. Это помогает создать защитный слой оксида алюминия для корзин для термообработки, который выдерживает высокие температуры.

Алюминирование успешно используется для улучшения свойств окисления, коррозии и износостойкости сплавов с высоким содержанием никеля, таких как Inconel®, в процессах термообработки. По иронии судьбы корзине, которая была алюминирована, может потребоваться пройти процесс термообработки, чтобы восстановить свойства сплава подложки.

Важно отметить, что рано или поздно даже самые прочные и качественные корзины для термообработки выйдут из строя. Сопутствующие нагрузки слишком велики, чтобы любая корзина могла полностью выдерживать всю нагрузку навсегда.