Dyskusja wyników

Zastosowany stopowy proszek Fe-Al o rozmiarze cząstek 40÷120 µm pozwolił na uzyskanie stabilnego złoża fluidalnego przy ograniczonej temperaturze do 830ºC. Tak sfluidyzowane złoże zastosowano do obróbki cieplno-chemicznej aluminiowania.

Otrzymane eksperymentalnie dyfuzyjne warstwy wierzchnie uzyskane na drodze fluidalnej obróbki cieplno-chemicznej aluminiowania charakteryzowały się zmienną grubością zwiększającą się wraz z wydłużeniem czasu obróbki (rozdz. 8.2.1). Grubości naaluminiowanych warstw określono wykorzystując zgłady metalograficzne oraz liniowy rozkład stężenia aluminium w warstwie. Wyniki obu metod pomiarowych wykazały dobrą zgodność. Niewielkie rozbieżności wynikają z preparatyki próbek oraz uzyskanych kontrastów metalograficznych i miejsc pomiarowych.

Warstwa wierzchnia otrzymana w wyniku aluminiowania fluidalnego nie wykazała budowy strefowej), wyróżnić można tylko jedną jednolitą warstwę bez widocznych stref. Warstwy otrzymane konwencjonalnie będące odnośnikiem dla technologii fluidalnej złożone były ze strefy powierzchniowej i właściwej warstwy wewnętrznej. Otrzymane warstwy techniką fluidalną jak i konwencjonalną wykazują bardzo dobrą przyczepność do podłoża, o czym świadczy brak pęknięć pomiędzy warstwą i podłożem. Otrzymane warstwy cechują się wysoką stabilnością grubości, nie stwierdzono widocznych różnic w grubości warstw.

W oparciu o zmierzone grubości warstw przeprowadzono obliczenia współczynników dyfuzji. W omawianym przypadku mamy przypadek dyfuzji reaktywnej. Uśrednione wartości współczynników dyfuzji dla obróbki fluidalnej i konwencjonalnej posiadają zbliżone wartości (rozdz.8.2.5).

Zabiegi cieplne podczas omawianej obróbki cieplno-chemicznej zmieniają proporcję faz występujących w podłożu. Nie została zachowana proporcja austenitu i ferrytu 50/50 ze stanu wyjściowego, zwiększyła się ilość austenitu w materiale podłoża i wynosiła w przybliżeniu 70%.

Rentgenowska jakościowa analiza fazowa (rozdz. 8.2.2.1) wykazała, że we wszystkich dyfuzyjnych warstwach wierzchnich zidentyfikowano linie dyfrakcyjne pochodzące od faz z układu Fe-Al: roztworu stałego aluminium w żelazie oraz związków FeAl i Fe₂Al₅. Dyfrakcyjna analiza fazowa warstw otrzymanych z zastosowaniem technologii fluidalnej wykazała, że są one zbudowane z roztworu stałego aluminium w żelazie i uporządkowanych związków międzymetalicznych FeAl oraz Fe₂Al₅. Przy czym dominującym składnikiem

struktury warstwy był związek FeAl. Nieco inna sytuacja występowała w przypadku warstw otrzymanych konwencjonalnie. Głównym składnikiem fazowym warstwy był związek Fe₂Al₅. Różnica w składzie fazowym otrzymanych warstw wynikała z różnic procesowych w trakcie obróbki występujących podczas obydwu obróbek pomimo analogicznych składów stosowanych mieszanek proszków. Omawiane metody aluminiowania posiadały różne stężenia lotnych chlorków aluminium, które są kluczowe w procesie aluminiowania, co wpływa na kinetykę procesu i rodzaj tworzących się związków. Dynamika aluminiowania zależy równieżod zmiennego gradientu stężeń ulęgającego ciągłym zmianom, które związane są z tworzeniem się związków międzymetalicznych na powierzchni materiału obrabianego.

Analiza prostych wskaźników steksturowania ukazuje, że w przypadku obróbki cieplno-chemicznej prowadzonej w złożu fluidalnym obserwuje się pewne niewielkie steksturowanie w odniesieniu do fazy FeAl. Wskazuje na to nieznacznie podwyższona wartość wskaźnika TC₍₁₁₀₎ i TC₍₂₁₀₎, odbiegającego od wartości 1 odpowiadającej materiałowi niesteksturowanemu. Należy również zauważyć, że linia dyfrakcyjna pochodząca od płaszczyzn {111} była w tym przypadku bardzo słaba lub nie była rejestrowana. W przypadku próbek aluminiowanych metodą konwencjonalną można zauważyć, że bardziej uprzywilejowanym kierunkiem jest kierunek <200>, o czym świadczy podwyższona wartość wskaźnika TC₍₂₀₀₎ w stosunku do innych wskaźników niezależnie od czasu wyżarzania. Obserwację tą potwierdzają również ilorazy intensywności wykorzystujące linię <200>, które również mają wyższą wartość w stosunku do wartości wzorcowej (rozdz.8.2.2.2).

Wyniki pomiaru makroskopowych naprężeń własnych w warstwach naaluminiowanych na podłożu stalowym zostały przedstawione w tabeli 16 dla obróbki w złożu fluidalnym i w tabeli 17 dla obróbki konwencjonalnej. Zmierzone naprężenia własne w próbkach aluminiowanych pokazują, że warstwy otrzymane fluidalnie posiadają stan naprężeń ściskających i mieszczących się w zakresie (-) 211 do (-)827 MPa. Natomiast w warstwach otrzymanych konwencjonalnie występuje stan naprężeń rozciągających (rozdz.8.2.2.3) Charakter rozciągający naprężeń własnych jest stanem niepożądanym w przypadku warstw wierzchnich i powłok. Taki stan naprężeń może być wynikiem powstawania związku międzymetalicznego Fe2Al5, który ma parametr sieci większy ponad trzykrotnie w stosunku do związku FeAl, który był główną fazą w warstwach uzyskanych fluidalnie. Zapisy dyfraktometryczne nie ujawniły obecności innych faz z układu Fe-Al. Fazy te mogą występować w otrzymanych warstwach lecz ich udział objętościowy w warstwie jest zbyt mały, aby zarejestrować linie dyfrakcyjne od tych faz.

Stopień uporządkowania wyznaczony dla faz powstałych w poszczególnych wariantach obróbek aluminiowania wykazuje, że obróbka fluidalna prowadzi do tworzenia struktury o mniejszym stopniu uporządkowania wraz z wydłużaniem czasu obróbki, czego nie obserwujemy w przypadku obróbki konwencjonalnej. Żadna z technologii nie doprowadziła do osiągnięcia struktur całkowicie uporządkowanych (s=1).

Wyniki pomiarów mikrotwardości wykazują wzrost twardości warstwy nalauminiowanej. Powstałe umocnienie związane jest z wytworzeniem aluminków żelaza oraz umocnieniem roztworowym wynikającym z dyfuzyjnego nasycenia atomami aluminium obu faz α i γ. Dla obróbki fluidalnej wzrost twardości wynosi ok 180% w stosunku do podłoża, a dla obróbki

konwencjonalnej około 250%. Większa twardość warstw nalauminiowanych

konwencjonalnie wynika z ich budowy fazowej. Związek międzymetaliczny Fe2Al5 jest o ok. 30% twardszy w porównaniu do fazy FeAl (rozdz. 8.2.3.1).

Analizując wyniki badań odporności na ścieranie można zauważyć, że zarówno fluidalna jak i konwencjonalna obróbka aluminiowania poprawiła znacząco odporność na zużycie ścierne. Uzyskano znacznie niższe całkowite i jednostkowe ubytki masy w próbie tribologicznej dla warstw naaluminiowanych, niż dla materiału podłoża.

Wykazana możliwość stosowania aktywnych złóż fluidalnych na bazie proszków Fe-Al oraz polepszone takie właściwości warstw naaluminiowanych jak twardość i odporność na ścieranie, stawiają omówioną obróbkę cieplno-chemiczną w szeregu obiecujących technologii.

8.3. Badania dyfuzyjnego fluidalnego aluminiowania dla podłoża