Відомо, що вироби, піддані дифузійному насиченню алюмінієм (алітування), працюють в умовах постійних нагрівів і охолоджень. Через це, для них дуже важливою особливістю є стійкість проти тріщин, які можуть призвести до руйнування поверхневих шарів і зменшення, внаслідок цього, терміну експлуатації алітованих виробів.

Схильність алітованих зразків до тріщиноутворення вивчали після термоциклічної обробки, кожен цикл якої складався з нагрівання до 950 °С, витримки при цій температурі протягом 5 годин і подальшого охолодження разом з піччю.

Циклічній обробці піддавали зразки зі низьковуглецевої сталі, які попередньо алітували при температурі 950 °С протягом від 1 до 5 годин. Алітування проводили в порошковій суміші, що містить: 49 % Al + 49 % Al₂O₃ + 2 % NH₄Cl в металевих контейнерах.

Спочатку в піч завантажували 25 алітованих зразків (по 5 зразків на кожну годину при алітуванні) і піддавали їх циклічній обробці. Після кожних двох циклів обробки вивантажували по 5 зразків (по одному для кожного випадку витримки при алітуванні) і досліджували їх мікроструктуру і мікротвердість.

Мікроструктуру зразків вивчали за допомогою металографічного мікроскопу МИМ-8М і виявленню мікроструктур з використанням хімічного травлення в 4 % розчині азотної кислоти HNO₃ в спирті та теплового травлення. Для вимірювання мікротвердості фаз використовували прилад ПМТ-3 з використанням навантаження на індентор в 1 Н.

Результати досліджень показують, що:

– дворазове нагрівання після алітування сприяє вирівнюванню товщини алітованого шару;

– розширюється бірюзова зона на межі алітованого шару і основного металу, що свідчить про дифузію алюмінію вглиб основного металу і відтиснення вуглецю, який і дає бірюзове забарвлення при тепловому травленні;

– в результаті різниці коефіцієнтів теплового розширення твердих розчинів, між ними виникає межа розділу у вигляді термічної тріщини;

– при збільшенні витримки при алітуванні, твердий розчин, розташований в контакті з алюмінідом, стає більш крихким, про що свідчать численні тріщини на межі з алюмінідом, які спочатку утворюються в алюмініді і поширюються в твердий розчин, що примикає до нього.

– структура поверхневого шару після алітування низьковуглецевої сталі багатошарова і складається з алюмініду Fe₂Al₅, твердого розчину на базі хімічної сполуки FeAl₂, твердого розчину на базі хімічної сполуки FeAl, евтектоїдної зони α-твердого розчину Al в Fe, що утворився при нагріванні до температури 727 ^оС.

Як випливає з аналізу мікроструктури поверхневих шарів, внаслідок термоциклічної обробки збільшується ширина зон FeAl і FeAl₂, причому тим в більшій мірі, чим триваліше витримка при алітуванні. Це можна пояснити збільшенням дифузії алюмінію по ширині FeAl + FeAl₂ як під час алітування, так і в період термоциклування. З'ясовано, що збільшується зона FeAl. Це безумовно є позитивним явищем, оскільки саме в цій зоні не поширюються тріщини, що виключає можливість руйнування виробів під час експлуатації. Тріщини в зоні Fe₂Al₅ і FeAl₂ не викликають зниження окалиностійкості виробів, оскільки повітря, яке проникає в такі тріщини, вступить у взаємодію з шаром FeAl, в якому відсутні тріщини і який знаходиться на поверхні основного металу. Створена від взаємодії з киснем плівка Al₂O₃ на поверхні шару FeAl надійно захистить основний метал від газової корозії.

У процесі витримки при алітуванні найбільш інтенсивно утворюється шар твердого розчину на базі хімічної сполуки Fe₂Al₅, потім шар твердого розчину на базі хімічної сполуки FeAl₂ і твердий розчин на базі хімічної сполуки FeAl. Збільшується так само шар евтектоїду, а шар твердого розчину Al в Fe, що утворюється при нагріванні до А_С1 після витримки 4 і 5 годин – зникає.

Багаторазове нагрівання і охолодження алітованої сталі сприяє розширенню зон твердих розчинів і евтектоїду та викликає охрупчування твердих розчинів на базі хімічних сполук Fe₂Al₅ і FeAl₂.

Утворення евтектоїду між алітованим шаром і основним металом уповільнює дифузію алюмінію вглиб, що повинно забезпечувати підвищення жаростійкості металу.

Характер зміни мікротвердості по глибині шару дозволяє більш чітко позначити межі існування фаз. Вертикальні лінії характеризують межі перебудови фаз, а похилі, відповідно, гомогенність фаз по глибині. Різке зменшення мікротвердості при переході від твердого розчину на базі FeAl, який має кубічну кристалічну ґратку, до твердого розчину на базі FeAl₂, який має моноклінну кристалічну ґратку, може бути ознакою зменшення напружень внаслідок перебудови кристалічних ґраток.

Поява при багаторазовому нагріванні тріщин між шарами твердих розчинів з різними кристалічними ґратками пов'язана з їх відмінністю в коефіцієнтах лінійного розширення і виникнення в результаті цього термічних напружень, які викликають тріщини і завдяки їм релаксуються.

Утворення локальних пор і тріщин в поверхневому шарі має сприяти зменшенню деформації виробів. Збільшення крихкості твердих розчинів на базі хімічної сполуки FeAl₂ або Fe₂Al₅ в міру збільшення циклів нагрівання і охолодження, повинно бути пов'язано з упорядкуванням в розташуванні атомів розчиненого елемента Al і наближенням основної маси твердих розчинів до відповідних хімічних сполук.