Заблоцкий В. К., Шимко А.И.

Донбасская государственная машиностроительная академия

ОКАЛИНОСТОЙКОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АЛИТИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Применение алитирования при изготовлении оснастки из обычной углеродистой стали (ящиков, корзин, реторт, контейнеров) взамен дорогостоящих жаропрочных сталей, используемых при термической и химико-термической обработке изделий, затруднено из-за технологических трудностей. Получение, например, алитированных корзин или ящиков для цементации требует предварительного изготовления ящиков из жаропрочной стали для алитирования ящиков из углеродистых сталей [1]. Более технологичным процессом может быть изготовление указанной оснастки из алитированных листов с применением сварки. Однако, этот вопрос в литературе не освещен.

Цель работы – исследование окалиностойкости сварных соединений, полученных после сварки алитированных частей изделий.

Трубчатые и пластинчатые образцы из стали Ст3 и стали 10 после алитирования в порошковой смеси [2], состоящей из 49% порошка алюминия, 49% Al₂O₃ и 2% NH₄Cl, при температуре 950°С в течение 1, 2, 3, 4 и 5 часов, сваривали, а затем исследовали на окалиностойкость в соответствие с требованиями ГОСТ6130-71 путем нагрева до температуры 950°С, выдержкой 5 часов и охлаждением с печью за один цикл.

Характер изменения массы образцов в зависимости от продолжительности испытания (количества циклов и общего времени нагревов и охлаждений) представлен на рис. 1. Он указывает на низкую окисляемость металла шва. Это возможно, если металл шва в процессе сварки достаточно насытился алюминием. Анализ результатов изменения массы образцов в процессе термоциклирования показывает, что в начальный момент после первых двух циклов испытаний наблюдается заметное увеличение массы образцов, а затем после последующих циклов испытаний масса образцов практически не изменялась. Это должно быть обусловлено легированностью сварного шва алюминием непосредственно после сварки. На поверхности шва в некоторых случаях может образовываться пленка окислов. Происхождение этой пленки можно объяснить завершением процесса сварки в момент, когда легирование алюминием снизилось, а поэтому поверхностный слой сварного шва оказался менее насыщенный алюминием. Этот слой уже после первого термоциклирования окислился, а дальнейшие испытания на него не влияли.

Рис. 1– Изменение массы трубчатых образцов (алитированных в течение 1, 2, 3, 4 и 5 часов) после сварки в зависимости от времени выдержки при температуре 950°С.

Для проверки этой гипотезы из трубчатых образцов вырезали кольцевые образцы, изготавливали из них шлифы, которые помещали в печь при 900°С и выдерживали в ней 2 часа, после чего выгружали из печи и охлаждали на воздухе. Уже после 5 секунд охлаждения, характер свечения образцов четко обозначил места образования окалины при нагреве металла в печи (см. рис. 2).

Окалина образовалась в средней части металла по толщине трубчатых образцов, то есть в той части, которая не насыщена алюминием. Характер свечения металла шва и околошовной зоны позволяет качественно описать кинетику взаимодействия металла электрода в зоне сварки с алитированным металлом. Суть этого процесса заключается в следующем: сразу после расплавления металл электрода взаимодействует с алитированным слоем и растворяет в себе значительное количество алюминия и в расплавленном виде проникает в разрез, проходит через толщину стенки образца, взаимодействует с внутренним алитированным слоем, растворяя в себе алюминий этого слоя, а затем затвердевает.

а б

Рис. 2 - Общий вид шлифа сварного соединения (а) и тот же шлиф после нагрева до 950°С (выдержка 2 часа) по истечении 5 секунд после извлечения из печи (б).

В результате такого взаимодействия металлов при сварке сварной шов и околошовная оказываются достаточно насыщенными алюминием, а поэтому при испытании на окалиностойкость не происходило окисления металла шва.

Полученные результаты работы раскрывают возможность изготовления алитированных изделий по новой технологии, с применением сварки, что должно значительно расширить применение алитирования в промышленности.

Литература

1. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Второе переработанное издание. М.: Машиностроение, 1965. 492с.

2. В.К. Заблоцкий, А.И. Шимко / Особенности влияния алитирования на структуру и свойства стали 10// Восточно-Европейский журнал передовых технологий.- Х., 2005.-6.-С.33-36.