Основными критериями, определяющими качество структурного формирования поверхностного цинкового слоя при термодиффузионном цинковании, являются
• температурный режим обработки,
• время выдержки при заданной температуре (продолжительность технологической операции).
Экспериментальным путем установлено, что при диффузионном цинковании стали в температурном режиме от 300 до 360 градусов процесс формирования цинкового покрытия практически не наблюдается. Исследования проводились на деталях из низкоуглеродистой стали(содержание углерода до 0,2%). В качестве порошкового состава для термодиффузионной обработки использовались компоненты:
• цинковая пыль – пусьера,
• инертный материал – кварцевый речной песок, в объеме 25% от общей массы.
Повышение температуры обработки (< 360 градусов) способствует увеличению скорости образования цинкового слоя. Зависимость роста толщины цинкового покрытия от температуры термообработки (в температурном диапазоне от 360 до 540 градусов) носит прямолинейный характер.
На основании вышеизложенного, можно констатировать, что определяющим фактором в процессе формирования поверхностного слоя при диффузионном цинковании является температурный режим обработки.
Микроструктура цинкового слоя после термообработки (t = 420°C, τ = 4 ч) – формирование микроструктуры поверхностного слоя в зависимости от температуры и времени выдержки при термодиффузионном цинковании – имеет следующее строение:
- α-фаза. Пограничная зона между стальной матричной основой и началом цинкового покрытия. Это цинковый феррит (диаграмме Fe – Zn) – твердый раствор Zn в α-фазе Fe. После травления на стальном шлифе данная область выявляется в виде светлой полосы.
- Г-фаза. Межфазовая зона. На фотографии Г-фаза – это тонкая темная прослойка.
- δ_1- фаза. Межфазовая область, имеющая столбчатое структурное строение. Основная часть цинкового слоя. Содержание Fe в фазовой зоне неоднородно, рост наблюдается по мере приближения к матричной стальной основе.
- ᵹ-фаза. Микроструктура фазовой зоны имеет мелкозернистое строение.
Повышение температурного режима обработки приводит увеличению скоростного режима формирования цинкового слоя. При температуре цинкования равной 500 °C происходит ускоренный рост δ_1- фазы, поэтому микроструктура цинкового покрытия имеет столбчатое строение. При дальнейшем повышении температурных параметров (до 580°C) наблюдается рост толщины цинкового слоя за счет увеличения δ_1- фазной зоны.
Рост технологических параметров термодиффузионного цинкования
• температуры,
• продолжительности обработки
приводит к росту одной межфазовой области(δ_1- фазы), что, в окончательном итоге, отрицательно сказывается на механических характеристиках поверхностного покрытия. Ухудшается пластичность цинкового слоя, покрытие становится хрупким, при воздействии небольших нагрузок разрушается (растрескивается, осыпается).
Оптимальные режимы формирование микроструктуры поверхностного слоя в зависимости от температуры и времени выдержки при термодиффузионном цинковании определяются согласно графикам.