Физико-механические свойства сплавов железа и стали с алюминием

­Природа и строение алитированных слоев, образующихся в условиях различных скоростей и способов нагрева. Из диаграммы состояния Fe—Al следует, что химическое соединение FeAl в слое должно образовываться только при концентрации алюминия на поверхности свыше 34%. При меньшем содержании химическое соединение не образуется и, следовательно, наружная хрупкая зона должна отсутствовать. Однако в работах Брунса, ЦНИИТмаша и ВНИИ нефтяного машиностроения и авторов установлено, что наружная зона наблюдается в слое при обычном алитировании в порошкообразных смесях при 950—1200° С и выдержках от 1 мин до 8 ч при различных концентрациях алюминия в слое, в том числе ниже 32%. Таким образом, образование этой зоны связано не только с определенной концентрацией алюминия, но и с рядом других факторов при насыщении металла из парогазовой фазы. Наличие поверхностной хрупкой зоны приводит к заметному снижению деформационной способности алитированного слоя, что ухудшает эксплуатационные свойства алитированных деталей и затрудняет применение алитирования для тех изделий, которые в процессе эксплуатации или монтажа могут подвергаться значительным деформациям. В связи с этим представляло интерес подробно, с привлечением различных методик, изучить фазовый состав и строение диффузионных слоев, образующихся при нагреве в различных условиях, с целью выяснения причин, приводящих к образованию хрупкой зоны и выбора возможных путей ее устранения.

Сплавы используются для создания прочных элементов, используемых при монтаже металлоконструкций. По своей сущности сплавы — эталоны на основе армко-железа и сталиХБМ с алюминием (от 0,6 до 32% AL) — выплавляли в индукционной печи, подвергали гомогенизирующему отжигу в среде аргона при 1200° С в течение 10 ч с охлаждением на воздухе. Определяли изменение микротвердости, микро-т. э. д. с. и параметра решетки в зависимости от содержания алюминия, а также фазовый состав сплавов, соответствующих различным областям диаграмм состояния Fe—Al. Микротвердость сплавов как на основе армко-железа, так и стали Х5М с увеличением концентрации алюминия плавно возрастает, что согласуется с результатами работ. С увеличением содержания алюминия до 10% параметр решетки растет линейно, затем остается постоянным вплоть до 20—23% AL, и при последующем увеличении содержания алюминия на кривой снова наблюдается подъем. При определении микро-т. э. д. с. получена кривая с двумя экстремумами, свидетельствующими о протекании превращения, связанных с изменением электронной концентрации (образование других твердых растворов, промежуточных фаз или химических соединений).

Первый экстремум на кривых микро-т. э. д. с. сплавов обоих типов наблюдается при 8—10% Al. Плавное изменение значений микро-т. э. д. с. при изменении концентрации от 0 до 10% AL свидельствует об образовании непрерывного ряда твердых растворов что согласуется с диаграммой состояния Fe—Al и подтверждается рентгеновским фазовым анализом. При дальнейшем увеличении концентрации алюминия в сплаве наблюдается снижение микро-т. э. д. с. от положительных значений при 10% AL до резко отрицательных при 20—21 % AL. При этом на кривой наблюдается вторая экстремальная точка с резким возрастанием абсолютных значений микро-т. э. д. с. ­