ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Закономерности изменения состава и структуры при химикотермической обработке из "Теория термической обработки металлов " Химико-термическая обработка, сочетающая тепловое воздействие с химическим, изменяет состав и структуру в поверхностных слоях, а иногда и по всему объему изделия. [c.356] Для изменения химического состава изделие нагревают в активной среде. Во время выдержки изделие диффузионно обогащается элементами из внешней среды. Кроме того, химико-термическую обработку можно использовать для диффузионного удаления из изделия примесей, а в отдельных случаях и основных компонентов. [c.356] Можно выделить три одновременно идущих процесса, обеспечивающих обогащение изделия элементами из внешней среды. [c.357] Первый процесс — образование химического элемента в активированном атомарном состоянии (in statu nas endi) в результате разнообразных химических реакций (см. 50), а также в результате испарения. В отдельных случаях, например при поступлении атомов металла непосредственно из расплава, эта стадия отсутствует. [c.357] Третий процесс при химико-термической обработке — диффузия адсорбированных атомов от поверхности в глубь изделия. Адсорбция протекает очень быстро, а диффузия идет медленно. Так как глубина зоны измененного состава [диффузионной зоны) и распределение концентрации внутри нее зависят главным образом от развития диффузии, то при анализе химико-термической обработки основное внимание уделяется закономерностям диффузии. [c.357] Здесь и ниже для упрощения принимаем, что коэффициент диффузии О не зависит от концентрации. [c.357] Величину erf (г), называемую функцией ошибок, находят по справочной таблице. Значения erf(2 ) для. некоторых значений г приведены в табл. 16. [c.358] С увеличением времени выдержки диффузионная зона расширяется, а содержание диффундирующего элемента в ней возрастает (см. рис. 205). Площадь под кривой распределения концентрации элемента по сечению изделия характеризует общее количество элемента в диффузионной зоне при данном времени выдержки. [c.358] Таким образом, глубина диффузионной зоны изменяется пропорционально корню квадратному из времени выдержки при постоянной температуре. Чтобы увеличить глубину диффузионной зоны, например, втрое, время выдержки следует увеличить в девять раз. [c.359] В реальных процессах химико-термической обработки параболический закон роста диффузионной зоны, описываемый формулой (41), может нарушаться из-за непостоянства концентрации на поверхности изделия (например, при большой активности окружающей среды концентрация Сц может возрастать). [c.359] Зависимость глубины однофазной диффузионной зоны от температуры, как показывают опыты, является экспоненциальной или близкой к экспоненциальной. Это1го и следовало ожидать, учитывая, что коэффициент диффузии, входящий в формулу (41), сам экспоненциально растет с повышением температуры [см. формулу (2)]. [c.359] Глубина обедненной элементом диффузионной зоны, как и при диффузионном обогащении, пропорциональна У Ох, т. е. изменяется со временем выдержки по параболическому закону. [c.360] В однофазной диффузионной зоне при охлаждении изделия с температуры химико-термической обработки могут протекать фазовые превращения полиморфное превращение твердого раствора, эвтектоидное превращение, выделение избыточной фазы и др. [c.360] Допустим, что во время науглероживания железа при температуре (выше 911°С) концентрация углерода на поверхности изделия возрастает от точки а (чистое железо) до точки Ь, не достигая границы аустенитной области (рис. 208, /). При температуре химико-термической обработки диффузионная зона в любой момент времени имеет аустенитную структуру с переменной концентрацией углерода, уменьшающейся при удалении от поверхности в глубь изделия (см. кривую на рис. 208, II). [c.360] Таким образом, в рассмотренном случае при химико-термической обработке диффузионная зона — однофазная, а в результате превращений при охлаждении она становится по всему своему сечению двухфазной (феррит+цементит). [c.360] Новые фазы могут появиться непосредственно в процессе диффузионного изменения состава при температуре химико-термической обработки. Диффузию, сопровождающуюся появлением новых фаз, называют реактивной (или реакционной). [c.360] Предложены два объяснения механизма образования новых фаз при реактивной диффузии. [c.361] Другой механизм реактивной диффузии включает обязательное достижение предельной растворимости при поступлении диффундирующего элемента из внешней среды, после чего становится возможным образование той фазы, которая в соответствии с-диаграммой состояния должна находиться в равновесии с насыщенным твердым раствором (Д. А. Прокошкин). Такую диффузию, хотя обычно и называют реактивной, но сущность процесса определяется не химической реакцией на поверхности, а насыщением (точнее пересыщением) исходного раствора диффундирующим элементом. Поэтому более строгое название — диффузия, сопровождающаяся фазовыми превращениями. Весь последующий анализ базируется именно на таком представлении о появлении новых фаз при химико-термической обработке. [c.362] Когда в поверхностном слое достигается предельная для данной температуры концентрация элемента В в -фазе (точка с на рис. 210) и затем -фаза становится пересыщенной, в этом слое образуется 7-фаза состава точки d. При дальнейшем поступлении компонента В концентрация его в у-фазе плавно возрастает, приводя к смещению границы / в глубь изделия. [c.363] Вернуться к основной статье