|
Возникающий в результате диффузии поверхностный (диффузионный) слой характеризуется градиентом концентрации насыщающего элемента в направлении от поверхности вглубь металла. Как следствие этого изменяется структура и свойства. При этом в соответствии с диаграммой состояния, например железо диффундирующий элемент на различных глубинах образуются твердые растворы или происходят фазовые превращения. Диффузионный слой образуется в той же последовательности, что и однофазные области на диаграмме состояний при данной температуре насыщения. При переходе от одной фазы к другой отмечается скачок концентрации соответствующий ширине двухфазной области на диаграмме фазового равновесия. Толщина диффузионного слоя принимается равной расстоянию от поверхности глубины расположения структуры с определенной твердостью или линии раздела между фазами. Диффузионный слой по микроструктуре можно определить только благодаря несколько большей или иной травимости. Скорость роста толщины диффузионного слоя определяет производительность ХТО и зависит от температуры насыщения, природы диффундирующих атомов и их концентрации на поверхности металлоизделия, характера образующегося твердого раствора. Значительное влияние на рост толщины слоя (у) оказывает температура обработки (Т), изменяющееся по экспоненциальному закону: y K i l q i (1.1) где температурный коэффициент диффузии, Q энергия активации атомов, R газовая постоянная. График, отражающий ускоряющее нарастание толщины слоя с повышением температуры насыщения (1.1 а) в виде экспоненциальной кривой, используется при разработке технологического режима ХТО для получения заданной производительности. 14 |
6 ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. Химико термическая обработка (ХТО) Сущность ХТО [1-8] заключается в совместном термическом и химическом воздействии на изделия из металлов и сплавов для изменения химического состава структуры и свойств их поверхностных слоев. При этом производится нагрев изделий в насыщающей среде определенного химического состава (твердой, жидкой, газовой), выдержки при определенной температуре и охлаждении по соответствующему режиму. Процессы ХТО [1—8] включают три одновременно протекающие основные стадии: 1) образование в окружающей среде активных, способных диффундировать, атомов насыщающего элемента; 2) адсорбация определенного количества активных атомов поверхностного основного металла (хемосорбция); 3) диффузия адсорбированных атомов от поверхности вглубь обрабатываемого металла (изделия). Возникающий в результате диффузии поверхностный (диффузионный) слой характеризуется градиентом концентрации насыщающего элемента в направлении от поверхности вглубь металла. Как следствие этого изменяется структура и свойства. При этом в соответствии с диаграммой состояния, например железо — диффундирующий элемент на различных глубинах образуются твердые растворы или происходят фазовые превращения. Диффузионный слой образуется в той же последовательности, что и однофазные области на диаграмме состояний при данной температуре насыщения. При переходе от одной фазы к другой отмечается скачок концентрации соответствующей ширине двухфазной области на диаграмме фазового равновесия. Толщина диффузионного слоя принимается равной расстоянию от поверхности глубины расположения структуры с определенной твердостью или 7 линии раздела между фазами. Диффузионный слой но микроструктуре можно определить только благодаря несколько большей или иной травимости. Скорость роста толщины диффузионного слоя определяет производительность ХТО и зависит от температуры насыщения, природы диффундирующих атомов и их концентрации на поверхности металлоизделия, характера образующегося твердого раствора. Значительное влияние на рост толщины слоя (у) оказывает температура обработки (Т), изменяющееся по экспоненциальному закону: у = к,. (и) где Kj-температурный коэффициент диффузии, Q энергия активации атомов, R газовая постоянная. График, отражающий ускоряющее нарастание толщины слоя с повышением температуры насыщения (1.1а) в виде экспоненциальной кривой, используется при разработке технологического режима ХТО для получения заданной производительности. Рис. 1.16. Влияние продолжительности ХТО на рост толщины диффузионного слоя при различных видах контроля процесса: 1контроль скоростью диффузии; 2контроль скоростью химической реакции; 3контроль скоростью реакционнойдиффузии Влияние продолжительности процесса ХТО на рост толщины фузионного слоя в наибольшей степени связано с химической активностью атомов насыщающей среды. Эта активность определяет концентрацию атомов i Рис. 1.1а. Влияние температуры ХТО на рост толщины диффузи онного слоя |