Диссертация (1026134), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Исследование диффузионной зоны на границе раздела стальалюминиевый промежуточный слой, полученный жидкофазным методомОбразовавшийся в процессе дугового алитирования по технологии СМТ награнице раздела сталь-алюминий интерметаллидный слой характеризуетсясплошным характером и значениями толщины в диапазоне от 4 до 10 мкм, в65среднем 8,2 мкм (Рисунок 3.1).
При этом следует отметить, что по всейпротяженности границы раздела в нем наблюдается трещина, разделяющая егона две области.абРисунок 3.1.Микроструктура интерметаллидного слоя на границе раздела стальалюминиевый подслой из алюминия марки А5, полученного методом дуговогоалитирования по технологии CMTОбласть интерметаллидного слоя, прилегающая к наплавленному слою изалюминия марки А5, имеет среднюю толщину 3,6 мкм и состоит изинтерметаллидовнаосновеалюминияFeAl3иFe2Al5,обладающихмаксимальными среди интерметаллидов двойной системы Fe-Al значениямитвердости, (Рисунок 3.2). Образование интерметаллидной фазы FeAl3 со стороныалюминия происходит в первую очередь при контакте алюминиевого расплава ствердой сталью за счет растворения железа в алюминии.
В дальнейшем состоронысталиформируетсяфазаFe2Al5врезультатехимическоговзаимодействия по реакции FeAl3+Fe=Fe2Al5 (Рисунок 3.2). Интерметаллиды наоснове железа Fe2Al3, FeAl, Fe3Al, имеющие меньшую твердость, располагаютсяна границе Fe2Al5 и стали, в области интерметаллидного слоя со стороныстальной подложки и характеризуются формой языкообразных выростов внаправлении стали, образуя при этом сплошной слой переменной толщины,среднее значение которой составляет 4,6 мкм (Рисунок 3.2).66Рисунок 3.2.Распределение химических элементов в интерметаллидном слое награнице раздела сталь-алюминий образца, полученного в результате дуговойнаплавки по технологии CMT подслоя из алюминия марки А5Разные значения толщин областей в интерметаллидном слое, формируемыхинтерметаллидами на основе алюминия и железа, соответственно 3,6 и 4,3 мкм,связаны с большей длительностью процесса диффузии алюминия в железо посравнению с противоположным по направлению процессом диффузии железа валюминий.
Неравномерность толщины интерметаллидного слоя обусловленаанизотропией диффузионных свойств интерметаллидной фазы Fe2Al5, котораявыражается в способности прохождения атомов алюминия в направлении ростаоси «с» (Рисунок 3.3) [77].Рисунок 3.3.Схема роста интерметаллидов от поверхности контакта стали салюминиевым расплавом в сторону стали [77]67Максимальные значения толщины интерметаллидного слоя со стороныстальной подложки наблюдаются при соблюдении условий роста кристаллаFe2Al5 по нормали к поверхности стали. Отклонение направления ростакристаллов от нормали к поверхности скорости стали приводит к уменьшениюзначений скорости роста вплоть до полного его прекращения со стороны стали.Образованиеинтерметаллидовнаграницеразделасталь-алюминийсопровождается значительным увеличением объема конечной фазы посравнению с объемом стали и алюминия, вступающих в реакцию.
Образующиесяновые слои интерметаллидов оказывают силовое воздействие на ранееобразовавшиеся. Возникающие в результате такого воздействия значительныенапряжения могут привести к появлению в слое интерметаллидов продольныхтрещин [77], что объясняет наличие трещины в полученном образце(Рисунок 3.1).3.1.2. Исследование диффузионной зоны на границе раздела стальалюминиевый промежуточный слой, полученный твердофазным методомБиметаллические образцы с промежуточным слоем из алюминия АД1,полученные сваркой взрывом, характеризуются наличием на границе разделасталь-алюминий диффузионной зоны, состоящей из интерметаллидов системыFe-Al в виде оплавов, имеющих дискретный характер и неравномерную толщинуот 5 до 30 мкм (в среднем 16 мкм), а также зон свободных от оплавов(Рисунок 3.4).Рисунок3.4.Микроструктура интерметаллидного слоя на границе раздела сталь-алюминийобразца с промежуточным слоем из алюминия марки АД1, полученногосваркой взрывом68Кроме того, наблюдаются многочисленные отколы интерметаллиднойфазы, расположенные в свариваемых материалах на удалении до 50 мкм отграницы раздела металлов по всей протяженности границы раздела стальалюминий.
Оплавы однородны по строению и образованы преимущественноинтерметаллидами состава: Fe2Al5, FeAl5 и FeAl6 (Рисунок 3.5.). Указанные фазыформируются при высоких скоростях кристаллизации, характерных дляпроцесса сварки взрывом и их появление согласуется с результатами авторовработ [14,78,79].Рисунок 3.5.Химический состав оплавов на границе раздела образца с промежуточнымслоем из алюминия марки АД1, полученного сваркой взрывомРезультаты измерения микротвердости диффузионной зоны позволиливыделить в ней различные области: оплавы, имеющие микротвердость по всемусвоему объему в диапазоне 1010-1222 HV; включения эвтектик и твердогораствора, характеризующиеся средним значением микротвердости 723HV, атакже зоны, свободные от оплавов со значениями микротвердости в диапазоне65-104HV.
При этом значения микротвердости материала промежуточного слояАД1 и подложки из стали 20 составляют в среднем 47 HV и 210 HVсоответственно (Рисунок 3.6).69абвРисунок 3.6.Микроструктура характерных участков диффузионной зоны после сваркивзрывом и измерения микротвердостиа, б – оплавы и твердые растворы; в – зоны, свободные от интерметаллиднойфазыЗначения адгезионной прочности подслоя из алюминия марки АД1,нанесенного на стальное основание процессом сварки взрывом, определенныепри испытаниях на срез по ОСТ 92 8629-75 составили от 37 МПа до 65 МПа присреднем значении 51 МПа, на отрыв по РД 31.28.09-93 от 65 до 128 МПа присреднем значении 110 МПа. Большой разброс значений при испытаниях пооценке адгезионной прочности может быть связан с различными значениямиотносительной протяженности и размера интерметаллидной фазы по площадиконтактаалюминиевогоподслояистальнойосновы.Натипичныхфрактограммах образцов, характеризующихся максимальными значениямиадгезионнойпрочности,присутствуютобластиямочногоизлома,70свидетельствующие о локализации пластической деформации по границамзерен, приводящей к возникновению вязкого разрушения [80,81].
Результатырентгеноспектрального анализа областей ямочного излома показали присутствиев них алюминия без следов интерметаллидной фазы, что свидетельствуют оразрушении в этих местах по материалу алюминиевого промежуточного слоя(Рисунок 3.7).Рисунок 3.7.Типичные изломы сталеалюминиевых образцов с промежуточным слоемалюминия марки АД1, полученных сваркой взрывом (области вязкого ямочногоизлома обведены)3.2. Исследование влияния процесса нанесения алюмоматричногопокрытия на характеристики диффузионной зоны на границе разделасталь-промежуточный слой3.2.1. Исследование диффузионной зоны на границе раздела стальалюминий при нанесении покрытия на сталь с промежуточным слоем изцинкаНаплавленный на поверхность стали с промежуточным слоем цинкааргонодуговой наплавкой слой из алюминиевого сплава 4047, соответствующийпо химическому составу матричному сплаву КМ, имел толщину до 5 мм. Приэтом отсутствие цинка в области между наплавленным валиком и сталью связанос его испарением и оттеснением к границам сварочной ванны (Рисунок 3.8).71Рисунок 3.8.Образец, полученные аргонодуговой наплавкой сплава 4047 на поверхностьстали с промежуточным слоем цинка1 – наплавленный алюминиевый сплав 4047; 2 – цинковый подслой; 3 –сталь 20Интерметаллидный слой, образовавшийся на границе раздела, имеетсплошной характер и неравномерен по толщине, значения которой составляютот 3 до 9 мкм (в среднем 7 мкм) (Рисунок 3.9, а).
Кроме того, на границе междуинтерметаллидным слоем и стальной подложкой присутствуют трещины(Рисунок 3.9, б), что связано с высокой склонностью интерметаллидов кхрупкому разрушению вследствие напряжений, вызванных термическимвоздействием процесса аргонодуговой наплавки.абРисунок 3.9.Микроструктура интерметаллидного слоя на границе раздела сталь-алюминиймежду наплавленным алюминиевым сплавом 4047 и стальной подложкойПо результатам рентгеноспектрального анализа установлено, что в составеинтерметаллидногослояприсутствуеткремний,взаимную диффузию железа и алюминия (Таблица 8).которыйограничивает72Таблица 8.Химический состав диффузионной зоны (Рисунок 3.9)Номер точкиСодержание элемента, % ат.FeAlSi199,20,8-219,1567,118,063-96,444,64Причем наибольшее его количество наблюдается в приграничной кнаплавленномупокрытиюизалюминиевогосплава4047областиинтерметаллидного слоя, состоящей из интерметаллидной фазы Al7,4Fe2Siтолщиной 4 мкм.
По мере дальнейшего движения в направлении стальнойподложки количество кремния в составе диффузионного слоя уменьшается, чтосвидетельствует о появлении фазы Fe(Al,Si)3 [58] (Рисунок 3.10).Рисунок 3.10.Распределение химических элементов в интерметаллидном слое междунаплавленным слоем из алюминиевого сплава марки 4047 и стальнойподложкойОбразование тройных интерметаллидных фаз системы Fe-Al-Si происходитза счет замещения алюминия в составе двойных интерметаллидов Fe-Al (Fe2Al5;FeAl3) кремнием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
