ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основы теории химико-термической обработки стали из "Основы металловедения и термической обработки " Химико-термическая обработка применяется с целью изменить химический состав и свойства поверхностных слоев стали. Эти изменения достигаются за счет диффузии того или иного элемента из внешней среды в сталь. [c.192] Развитие процесса химико-термической обработки неразрывно связано с и.менами отечественных ученых. В 1837 г. выдающемуся русскому металлургу П. П. Аносову впервые удалось осуществить газовую цементацию. Основоположником процесса азотирования является русский ученый Н. П. Чижевский, который в 1913—1915 гг. провел подробное исследование процесса диффузии азота в сталь. [c.192] Просвирина, С. К. Ильинского, С. Ф. Юрьева и др. [c.192] Значительную роль в понимании процессов, которые имеют место при диффузии того или иного элемента в сталь при химико-термической обработке, сыграли работы советских физиков Я. И. Френкеля, А. Ф. Иоффе и других по. механизму диффузии в твердом теле. [c.192] Химико-термическая обработка основана на процессе диффузии того или иного элемента в сталь. Явление диффузии в твердом кристаллическом теле предопределяется тем, что атомы могут менять свое положение равновесия внутри кристаллической решетки. [c.192] Каждой температуре тела соответствует определенный запас энергии, которая реализуется в колебаниях атомов. Распределение энергии в кристаллической решетке между отдельными атомами неравномерно. Подавляющее число атомов обладает энергией, соответствующей температуре, до которой нагрето тело. Но наряду с этим имеется значительное количество ато1Мов, которые имеют энергию более высокую, чем энергия, отвечающая данной температуре. [c.192] Согласно теории, разработанной советским ученым я. и. Френкелем, атомы, обладающие достаточно высоким запасом энергии, МОгут выходить из правильного ( регулярного ) положения в узлах кристаллической решетки (рис. 153) в междуузлие ( иррегулярное полол ение). [c.193] Выход атома из узла кристаллической решетки в междуузлие сопровождается образованием в кристаллической решетке пустых мест (атомных дырок), которые могут быть заняты любым атомом, находящимся в иррегулярном положении (рис. 153). Таким образом, процесс диффузии определяется перемещением атомов внутри кристаллической решетки путем выхода их из узлов решетки в междуузлие с образованием атомной дыры, колебанием в иррегулярном положении и последующим перемещением в любое свободное место в узле кристаллической решетки. [c.193] С повышением температуры увеличивается количество блуждающих атомов в междуузлчях и атомных дырок в кристаллической решетке, что влечет за собой увеличение скорости диффузии. [c.193] Описанный элементарный процесс диффузии показывает, что диффувия в сплавах может осуществляться только в том случае, когда диффундирующий металл образует с основным металлом твердый раствор. Основной причиной диффузии в твердых растворах, в частности, при химико-термической обработке, является стремление к выравниванию концентрации по объему. [c.193] При проникновении диффундирующих атомов в решетку железа, в зависимости от характера образующегося твердого раствора скорость диффузии будет неодинакова. [c.193] При диффузии в железо углерода и авота, образующих твердые растворы внедрения, диффузия будет протекать значительно легче, чем при насыщении железа (стали) металлами илг другими элементами, образующими твердые растворы замещс ния. [c.193] В твердых растворах замещения перемещение атомов связано с необходимостью удаления атомов из узлов решетки (перехода их в междуузлие) и заполнения образующихся пустот диффундирующими атомами. Естественно, что такое перемеще ние не может быть быстрым. [c.194] Концентрация диффундирующего элемента на поверхности зависит от активности окружающей среды, которая подает атомы насыщающего элемента к поверхности, и скорости диффузионных процессов, которые развиваются внутри обрабатываемого изделия и стремятся отвести атомы насыщающего элемента в глубь изделия. [c.195] Глубина проникновения определяется скоростью диффузии, которая для данного частного случая зависит в основном ог гемпературы процесса и концентрации диффундирующего элемента на поверхности. Чем выше температура и концентрацил диффундирующего элемента на поверхности, тем больше, при прочих равных условиях, глубина диффузионного слоя. [c.195] Природа первичных образований и строение диффузионного 1оя могут быть описаны диаграммой состояния диффундирующий элемент—металл-растворитель (обрабатываемый металл) . [c.195] Предположим, что насыщение железа ведется хромом. Диаграмма состояния железо — хром приведена на рис. 154. Как видно из диаграммы состояния, хром обравует твердый раствор г а-железом и у-железом. Если процесс диффузии ведется при температуре Л, лежащей ниже точки (рис. 154), диффузия крома протекает в а-железе без каких-либо фазовых превращений в процессе диффузии. В этом случае происходит постепенное обогащение поверхности железа хромом и уста-навливается равномерное падение aro концентрации по глубине g (рис. 155) . [c.195] Рассмотрим теперь формирование циффузионного слоя при температу- ре ti, лежащей между точками Лз л Ai. При этой температуре диффузия хрома первоначально идет в решетке т-железа — вплоть до насыщения твердого раствора. [c.195] И образуют характерные столбчатые кристаллиты. На рис. 15G показана схема образования столбчатых кристаллитов (по Д. А. Прокошкину), а а рис. 157 — микроструктура хромированного слоя, где хорошо видны столбчатые кристаллиты, образовавшиеся в результате фазовой перекристаллизации при температуре диффузии. [c.196] Столбчатый характер диффузионного слоя всегда указывает на происшедшую в процессе насыщения фазовую перекристаллизацию. [c.196] Вернуться к основной статье