- Slon15.cc
- Химико-термическая обработка
- Настройка алитирования
Slon15.cc: настройка системы алитирования деталей
Алитирование насыщает поверхность стали алюминием через диффузию. Настроить систему значит согласовать четыре узла: активность смеси, упаковку контейнера, кривую нагрева печи и контроль по образцам-свидетелям. Сталь 10 при 950 °C за 6 ч набирает слой 0,25–0,6 мм.
- ×6–7
- ресурс детали при 1000 °C
- ×20
- ресурс при 800 °C
- 700 HV
- предельная твёрдость слоя
- Контейнер из жаростойкой стали 20Х23Н18
- Смесь: 98 % FeAl, 2 % NH4Cl
- Детали, пунктир — диффузионный слой
- Затвор: кварцевый песок и натросиликатная глыба
- Образцы-свидетели в разных зонах
Механизм алитирования: как алюминий уходит в сталь
Смесь в контейнере сама создаёт транспортный газ. Рост слоя подчиняется параболическому закону: удвоить толщину за счёт одного лишь времени не выйдет, нужна вчетверо большая выдержка.
NH4Cl → NH3 + HClПри нагреве хлористый аммоний разлагается. Аммиак распадается на азот и водород, хлороводород идёт в реакцию.
2FeAl + 10HCl → 2FeCl2 + 2AlCl3 + 5H2Ферроалюминий отдаёт алюминий в газовую фазу в виде трихлорида. Выделяется водород, поэтому контейнер герметизируют.
AlCl3 + 2Al → 3AlClМонохлорид алюминия переносит металл к поверхности детали, а там распадается обратно с выделением активного атома.
3AlCl → AlCl3 + 2AlАтом сорбируется поверхностью и диффундирует в решётку. На низкоуглеродистой стали образуется α-твёрдый раствор, при долгом цикле FeAl, Fe3Al, Fe2Al5.
Активность среды оценивают по алюминию во внешней зоне слоя: высокая при содержании более 40 %, средняя при 32–38 %, малая при содержании менее 31 %. Сплавы Al-Fe с 40–70 % алюминия дают среду средней активности.
Безопасность участка алитирования до первой садки
- При разложении NH4Cl выделяются аммиак и хлороводород, при реакции с ферроалюминием водород. Печь без вытяжной вентиляции к работе не допускается.
- Контейнер с плавким затвором ставят в печь, разогретую только до 200–300 °C. Загрузка в горячую камеру ведёт к прогару и выбросу газа.
- Ванна жидкостного алитирования держит 700–850 °C. Влажная оснастка или флюс в расплаве приводит к выбросу металла; флюс обезвоживают при 900–950 °C.
- Травители для шлифов содержат фтористоводородную, азотную и серную кислоты. Работа с ними только в лаборатории, со средствами защиты.
Остановите садку и вызовите технолога-термиста и специалиста по охране труда, если чувствуется запах аммиака у печи, виден прогар контейнера, поле температур уходит за ±10 °C или треснул тигель. Регулировку газовой атмосферы и печной автоматики выполняет только аттестованный персонал.
Какой метод алитирования подходит вашей детали
РД 50-412-83 описывает четыре способа: порошок, ванна с расплавом, металлизация с отжигом, окраска с отжигом. Выбор определяют форма изделия, серийность и то, нужно ли защищать отдельные поверхности.
Метод алитирования появится здесь
Ответьте на три вопроса в форме.
Разбор одной садки Slon15: кронштейны из стали 10
Партия печных кронштейнов работает при 800–900 °C и теряет металл в окалину. Выбран порошковый метод: форма сложная, серия мелкая, насыщать нужно всю поверхность.
Режим взят из справочного приложения РД и затем проверен на трёх образцах той же плавки и той же предварительной термообработки.
Исходные данные садки- Материал деталиСталь 10
- Партия40 шт. + 3 образца
- Смесь№ 5: 98 % FeAl, 2 % NH4Cl
- Температура выдержки950 °C
- Выдержка6 ч
- Ожидаемая толщина слоя0,25–0,6 мм
- Прирост размера0,01–0,5 мм
- Концентрация Al на поверхности9–70 %
Подготовка алитирующей смеси: регламент
Измельчить компоненты в шаровой мельнице до 150–600 мкм. Бумага, щепа, металлическая стружка в смеси недопустимы.
Просушить NH4Cl при 130–150 °C в течение 1,5–2 ч. Если соль пролежала больше 5 суток, сушку повторить. Оксид алюминия для смесей № 1–4 прокалить при 600–700 °C 2–3 ч.
Взвесить с точностью 0,5 % и перемешать до однородной серой массы.
Прокалить смесь в контейнере 2–3 ч при температуре будущего режима. Спёкшиеся комки перемолоть заново.
Освежать после каждого цикла: 10–15 % новой смеси после 950–1000 °C и 6–10 ч, около 20 % после суток при 1050 °C. При 860 °C достаточно 0,5–1 % NH4Cl.
Упаковка контейнера для алитирования
Расстояния в засыпке решают, будет ли слой ровным. Смесь слегка трамбуют, а от загрузки до пуска печи проходит не больше 24 ч. Штоки и трубы ставят вертикально на подвеске.
Желоб затвора засыпают кварцевым песком на 2/3 высоты, крышку утапливают в песок, щель закрывают дроблёной натросиликатной глыбой слоем 20–30 мм. Крышку фиксируют прутком через проушины.
- До дна не менее 30 мм, образцы-свидетели 2–3 шт.
- Между деталями и до стенок не менее 15 мм
- До крышки не менее 50 мм
- Детали сухие, обезжиренные по ГОСТ 9.047
Кривая печи для алитирования: от посадки до разборки
Печь обязана держать до 1200 °C, поле ±10 °C по объёму садки и автоматическое регулирование с той же точностью. Выдержку считают с момента прогрева контейнера, а не с включения нагрева.
- 200–300 °C
Посадка контейнера с плавким затвором в разогретую печь
- ≤100 °C/ч
Медленный подъём в интервале 300–600 °C
- до 950 °C
Дальше нагрев с максимальной скоростью печи
- 6 ч
Выдержка после полного прогрева садки
- ≤500 °C
Охлаждение с печью, затем на спокойном воздухе
- ≤24 ч
Разборка после остывания, не позже суток от 100 °C
Контейнер без плавкого затвора греют в защитной атмосфере, эндогаз или аргон, со скоростью 75–100 °C в час и охлаждают с печью до 300 °C.
Режимы алитирования по маркам стали
Углерод и легирующие элементы тормозят диффузию, поэтому аустенитная сталь при тех же 950 °C набирает слой в несколько раз тоньше углеродистой.
Никелевые жаропрочные сплавы алитируют коротко, 2–4 ч, ради слоя в сотые доли миллиметра.
| Марка | Температура, °C | Выдержка, ч | Слой, мм |
|---|---|---|---|
| Ст. 2 | 850 | 6 | 0,20 |
| Сталь 10 | 950–1050 | 6–12 | 0,25–0,60 |
| Сталь 15 | 950–1050 | 6–12 | 0,35 |
| Сталь 40 | 950–1050 | 6–12 | 0,30 |
| 12Х18Н10Т | 950 | 6 | 0,09 |
| 10Х12Н22Т3МР | 950 | 6 | 0,06 |
| 20Х23Н18 | 1050 | 6 | 0,15–0,19 |
| ХН35ВТ | 1050 | 8 | 0,08–0,10 |
| ХН62ВМКЮ, ХН56ВМКЮ | 920–950 | 2–4 | 0,02–0,06 |
| ХН77ТЮР | 800–850 | 4–6 | 0,02–0,05 |
Брак алитированного слоя: признак и причина
Нормальная садка видна сразу: гладкое зеркало застывшей глыбы в затворе, рассыпчатая светло-серая смесь, матово-серые стальные детали. Никелевые сплавы после процесса серо-розовые.
Технологическая проба на стабильность: отжиг. Вздутия, налёт и расслоение после него означают, что режим надо пересматривать.
Тёмная шероховатая поверхность в точках
Причина: влажная смесь, хлористый аммоний гигроскопичен.
Исправление: снять слой и повторить алитирование, смесь просушить при 150–250 °C.
Рыжеватый оттенок и низкая твёрдость
Причина та же: влага в смеси.
Исправление: механически удалить дефектный слой, затем повторная садка.
Поверхность светлая, но шершавая
Причина: детали стояли ближе 15 мм друг к другу или к стенке контейнера.
Исправление: переупаковать с зазорами и повторить.
Цвета побежалости на верхних деталях
Причина: мало смеси над деталями, слабая набивка, разгерметизация затвора или прогар контейнера.
Исправление: проверить контейнер на повреждения и повторить с засыпкой не менее 50 мм сверху.
Размер вырос, острые кромки оплавились
Причина: слишком высокая температура и чересчур активная смесь.
Исправление: если размер в допуске, повторить при пониженной температуре.
Прилипшие крупинки алюминия или ферроалюминия
Причина: перегрев, плохо перемешанная свежая смесь, неотсеянная пыль, мелкая фракция, влажность.
Исправление: для неответственных деталей механическая очистка, для остальных новая партия.
Заблуждения об алитировании и границы метода
Четыре представления, из-за которых садку переделывают. Справа то, что показывают испытания и нормативная документация.
Чем толще алитированный слой, тем дольше служит деталь.
У каждой пары «сталь и режим» есть оптимум, за которым долговечность перестаёт расти. Для нирезистовой вставки поршня лучший переходный слой 10–20 мкм, более толстый хуже держит сцепление.
Напылённый алюминий уже и есть алитирование.
Без высокотемпературного отжига диффузионного слоя нет. По РД напыляют 0,7–1,2 мм алюминия, наносят обмазку 0,8–1,5 мм и только потом отжигают в защитной атмосфере.
Все стали насыщаются одинаково.
При 950 °C и 6 ч сталь 10 даёт до 0,6 мм, а 12Х18Н10Т около 0,09 мм. На высокоуглеродистой стали процесс малоэффективен.
После алитирования деталь готова.
Слои из высокоактивных сред хрупкие. Отжиг при 900–1000 °C снижает алюминий в слое, толщина растёт на 20–40 %. Фаза NiAl3 плавится при 854 °C, поэтому никелевым сплавам нужен короткий отжиг при 950–1100 °C.
Вопросы по алитированию к Slon15
Что Slon15 проверяет первым, если алитированный слой вышел тонким?
Марку стали и содержание углерода, затем освежение смеси и фактическую температуру по образцам-свидетелям. При 950 °C и 6 ч сталь 10 даёт 0,25–0,6 мм, а 12Х18Н10Т только около 0,09 мм.
Чем заменить хлористый аммоний в смеси для алитирования?
РД 50-412-83 допускает йодистый аммоний по ГОСТ 3764-75. В практике применяют и другие галогенидные соли аммония: NH4F, NH4Br.
Как измерить толщину алитированного слоя?
Металлографически на травленом шлифе, вырезанном по нормали к поверхности образца-свидетеля. Для слоёв в сотые доли миллиметра делают косой шлиф, твёрдость меряют по Виккерсу, ГОСТ 2999-75.
Можно ли использовать смесь для алитирования повторно?
Да. После цикла 950–1000 °C на 6–10 ч добавляют 10–15 % свежей смеси, после 24 ч при 1050 °C около 20 %. Хранят в герметичной таре, влажную сушат при 150–250 °C.
Чем хромоалитирование отличается от обычного алитирования?
В насыщающую среду вводят хром, при алюмосилицировании кремний. Оба варианта повышают стойкость слоя к окислению по сравнению с чистым алюминием.
На каких источниках основан справочник Slon15 cc по алитированию?
На методических указаниях РД 50-412-83, введённых с 1 июля 1984 года, и на отраслевых публикациях о жидкостном алитировании. Материалы Slon15cc справочные и не заменяют технологическую карту предприятия.