Заблоцкий В. К., Шимко А.И.

Донбасская государственная машиностроительная академия

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ АЛИТИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК

В случае использования технологии изготовления алитированных изделий с применением сварки, глубина алитированного слоя должна быть не менее 0,5 мм. В соответствие с этим, оптимальная выдержка при алитировании заготовок из низкоуглеродистых сталей в смеси, содержащей 50%Al+48%Al₂O₃+2%NH₄Cl должна составлять 2…3 часа при температуре алитирования 900°С. Оптимальный режим алитирования, соответственно, должен включать: нагрев до температуры 900°С, выдержку при этой температуре в течение 2…3 часов, а затем охлаждение с печью до температуры цеха. Или же, охлаждение с печью до 400°С, а после чего – охлаждение на воздухе.

Цель работы – изыскание возможности применения алитированных заготовок из низкоуглеродистых сталей в промышленности.

Полученные результаты исследований были проверены на практике при изготовлении цилиндрических контейнеров и контейнеров прямоугольной формы. Для этих целей листы толщиной 3 мм из стали Ст3сп подвергали алитированию по выше указанному режиму, а затем из них с применением сварки изготавливали контейнеры требуемой формы и размеров.

На рис. 1 показаны изготовленные способом сварки контейнеры из алитированных листов из низкоуглеродистой стали после 1000 часов эксплуатации при температурах 900…950°С. В этих контейнерах проводились различные виды химико-термической обработки: цементация, борирование, алитирование и т.д.

Анализ жаростойкости алитированных листов и сварных швов показал полное отсутствие окисления на поверхности контейнеров и очень незначительное окисление на поверхности сварных соединений, что согласуется с результатами исследований проведенных исследований.

а б

Рис. 1 – Общий вид (а) и вид сверху (б) цилиндрического контейнера, изготовленного из алитированных листов с применением сварки.

Отсутствие трещин на поверхности контейнеров и сварных соединений свидетельствует о высокой прочности сваренных алитированных листов. Кроме того, в процессе эксплуатации, заметной деформации контейнеров, описанной в работе [1], не наблюдалось. Это достигнуто благодаря двухстороннему алитированию исходных листов.

Алитированные листы использовали также для ремонта реторт из жароупорной стали цементационной печи Ц-105. При этом, глубокие трещины в реторте с поверхности и внутри закрывались алитированными листами, которые затем, с применением нержавеющих электродов, обычным способом электродуговой сварки приваривались к металлу реторты. Следов трещин и непроваров в сварных швах не наблюдалось. При последующей эксплуатации реторты показали удовлетворительное качество: герметичность не нарушалась, следов трещин на поверхности алитированных листов и сварных швов не наблюдалось. На рис. 2 представлен общий вид реторты с латками из алитированной стали Ст3.

Анализ химического состава алитированного металла, находящегося в атмосфере цементации, показал отсутствие углерода в поверхностном слое. Алитированный металл не насыщается углеродом, поскольку он представляет собой фазы: твердый раствор алюминия в α-железе или же алюминиды (химические соединения), в которых углерод не растворяется.

Рис. 2 – Общий вид реторты из жаропрочной стали с латками из алитированных листов низкоуглеродистой стали.

Исследования металла реторты из жаропрочной стали Х25Н20С2, после длительной эксплуатации в цементационной печи, показали, что жаропрочная сталь сильно науглераживается и приобретает с внутренней стороны реторты структуру науглероженной стали с сеткой карбидов а с наружной стороны при этом сохраняется исходная структура стали. В результате этого образуется биметаллическое строение металла реторты с различными для каждого из слоев коэффициентами линейного расширения при нагреве. Вышеперечисленные факторы приводят к растрескиванию реторты и нарушению ее герметичности.

В ходе проведенной работы разработаны предложения по промышленному использованию алитированных листов из низкоуглеродистых сталей.

Литература

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