» » Структура и толщина цинкового покрытия на сталях разных марок
12.12.2014

Обычно цинкованию подвергают изделия из углеродистых сталей, например марок Ст.3, 10, 20, с низким содержанием кремния и марганца. Структура цинковых покрытий на таких сталях рассматривалась ранее. Однако в ряде случаев необходимо, чтобы оцинкованные изделия, помимо высокой коррозионной стойкости, обладали и повышенными прочностными свойствами. Тогда цинкованию подвергают изделия из низколегированных сталей.
Присутствие в стали отдельных элементов может существенно изменять характер взаимодействия между расплавленным цинком и сталью, вызывая изменение строения, толщины и свойств цинкового покрытия.
Известно, что кремний, марганец и фосфор значительно повышают скорость взаимодействия между сталью и расплавленным цинком, в результате чего усиливается рост слоя сплава в покрытии. Влияние содержания кремния в стали на растворимость ее в жидком цинке при различных температурах иллюстрируется рис. 45. При высоком содержании в стали кремния и фосфора покрытие в основном состоит из железоцинковых соединений, представляющих собой столбчатые δ1-и ζ-кристаллы. Особенно сильно развита ζ-фаза. Слой чистого цинка (η-фаза) в таких покрытиях очень тонкий, а иногда полностью отсутствует. При этом поверхность покрытия приобретает светло-серый цвет. В присутствии хрупкой ζ-фазы пластичность цинковых покрытий значительно снижается.
Структура и толщина цинкового покрытия на сталях разных марок

На рис. 46 приведена микроструктура цинковых покрытий, полученных на низколегированных сталях, состав которых дан в табл. 15.
Как видно из рис. 46, цинковые покрытия на кремнистых сталях состоят в основном из столбчатых кристаллов ζ-фазы, Слои δ1- и η-фаз очень тонкие. При цинковании сталей с содержанием 1,2% Si слой покрытия полностью состоит из столбчатой ζ-фазы (рис. 47). Способность к деформации у таких покрытий очень низкая и уже при малейших изгибающих напряжениях они легко скалываются с изделия.
Структура и толщина цинкового покрытия на сталях разных марок

При цинковании марганцовистых сталей в структуре покрытия наблюдаются все фазы: Г, δ1, ζ, η (рис. 48). Однако и в этом случае преобладает ζ-фаза, кристаллы которой часто неравномерно располагаются по толщине покрытия.
Структура и толщина цинкового покрытия на сталях разных марок

Следует отметить, что добавка алюминия в расплав цинка значительно уменьшает скорость взаимодействия
между ним и низколегированными сталями. При этом уменьшается толщина и изменяется структура покрытий.
На рис. 49 приведена микроструктура цинкового покрытия, полученного на кремнемарганцевомедистой стали. Цинкование производили в расплаве цинка с добавкой 0,11—0,12% Al.
Структура и толщина цинкового покрытия на сталях разных марок

Углерод также может влиять на структуру и толщину цинкового покрытия. Характер его влияния на реакцию стали (или чугуна) с расплавленным цинком определяется той формой, в которой он в них присутствует. Как известно, он может быть в форме графита или в виде высокоуглеродистой фазы — цементита Fe3C. Цементит в свою очередь может находиться в перлите в форме пластинок или зерен, а также входить в состав сорбита и троостита. Кроме того, углерод может входить в состав мартенсита, который является пересыщенным твердым раствором углерода в α-железе. Таким образом, углерод, в какой бы форме он не находился, присутствует в стали как гетерогенная составляющая.
Структура и толщина цинкового покрытия на сталях разных марок

По данным В. З. Бугакова и Б. А. Сироткина, при цинковании сталей с содержанием 0,5—0,9% С (количество других элементов не было больше обычного: 0,3—0,5% Mn; 0,15-0,25% Si; 0,02—0,04% Р; 0,03% S) в покрытии отсутствует слой Г-фазы. В этом случае структура покрытия состояла из одного лишь слоя, который своим строением и направленностью роста напоминал δ1- или ζ-фазу. При этом также увеличивается и общая толщина покрытия.
Структура и толщина цинкового покрытия на сталях разных марок

В. З. Бугаков считает, что различие в строении диффузионных слоев при цинковании сталей с различным содержанием углерода определяется не столько самим содержанием углерода, сколько структурой, отвечающей данному составу.
Для подтверждения этого стали с 0,5 и 0,9% С нагревали выше Acз на 40 град и затем охлаждали в ледяной воде. После закалки образцы имели структуру мартенсита. После цинкования при 450°С в структуре покрытия были обнаружены Г- и δ1-фазы, т. е. взаимодействие с жидким цинком отожженных образцов с 0,5 и 0,9% С аналогично взаимодействию с ним образцов, содержащих 0,15% С.
Большие исследования с целью установления связи между формой углерода и воздействием на сталь жидкого цинка были выполнены Бабликом. По его мнению, вывод о том, что углерод, присутствующий в железе, увеличивает потери последнего (по массе) при цинковании, не совсем правилен.
Изучению подвергали листовую сталь следующего состава: 0,78% С; 0,29% Mn; 0,14% Si; 0,017% Р; 0,24% S; 0,08% Ni; 0,005% V; критические точки этой стали: Ar1=670° С; Ac1=720°C; Ar3=690°С; Ac3=730°С. Образцы, термически обработанные по различным режимам, выдерживали в течение 1 ч в чистом цинке при 440° С, после чего определяли потери железа (по массе).
Результаты экспериментов приведены в табл. 16.
Структура и толщина цинкового покрытия на сталях разных марок

Из данных таблицы видно, насколько важна форма, в которой присутствует углерод в стали при взаимодействии ее с расплавленным цинком. Сталь с ярко выраженной гетерогенной структурой дает большие потери, чем сталь со структурой, отличающейся более однородным распределением углеродных соединений.
В заключение можно сказать, что углерод ускоряет растворение стали только тогда, когда он присутствует в составе зернистого или пластинчатого перлита. Если же углерод находится в виде троостита, сорбита или цементита или графитных включений, то заметного изменения в скорости растворения стали в цинке по сравнению с чистым железом не наблюдается.