Ляхович Л.С., Ворошнин Л.Г., Щербаков Е.Д., Панич Г.Г. Силицирование металлов и сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

если

исключит'ь из

рассмотрения

тонкий

поверхностнь1й

слоЁ{,

дальнейший

отводназванного

компонент'а

глубь

металла

не

мо)кет

происходить

столь х<е

фронтально.

||равда,

диффузион-

}1ь1е

слои'

полученнь]е

химико-термическими

методами,

вообще

отличаются вьтсокой концентрацией

дефектов

вакансий

и пх

ско'плений (микропор)'

роль

диффузии

по телу

3ерна

имен|{о

в этом

случае

дол)кна

бьтть сушественно

повь1111ена

|3241'

но

все

)ке

далеко

не в такой

степени,

чтобь:

граничная

лиффузия

не

обеспечивала

пропуска основной

доли диффузион11ФгФ

пФт0;.

ка.

./!1алоатомнь1е

неметалль|, образующие твердь!е

растворь1

замещения

(5|,

Р, Аз), так >ке

лиффундируют

[]реимуществен_

но

по гранишам

ферритного

зерна' как

и металль1_карбидооб_

разователи

[325].

Бсли

для

поверх'ностнот?

диффу3ии

ре1шающую

отрицатель_

ную

роль

мо)кет сь]грать наличие сли11]ком слабоЁо непосред-

ственного

контакта

ме>кду

диффузионньтм

источником

и погло-

Рис. 58. !\{икроструктурь|

силицированнь]х

слоев

вь!соколегированньтх

стале{.:

(расплав:

70$ смесг:

(1/2

}-1а€!* 1|2 3а(1э|

*30о/о

(аси

1' х200)

сталь

|х13,

1000'(,5

иас;

б_сталь

1х18н9т,

1100"с,

6 +ас; в-сталь

{12й,

1000

-€,

иас

1в0

щающей

поверхностью

[326]'

при гранинной

лиффу3ии

внутри

слоя

роль

толщинь|

границ

3ерна невелика.

|1ри

термической

о,бработке

роль

гранинной

диффузии

обьтнно о,казь1вае1€{,

Ф€с.)-

бенно больтпой

непосредственно

после

фазового'

превращени';

|327],

однако

замедлёние

гранинной

диффу3ии

ото}к>кенном

металле свя3ано

отнюдь

не с

повь|!!т'ением

упорядоченности

структурьт

граничнь]х

областей

и 3амедлением

диффу3ии

!них:

от}киг

ре3ко

уменьт!тает

суммарну}о

поверхность границ

зерен

с0ответственно

сни)кает

их

общую

(<пропускную

способ-

ность>>. Ёаибольп:ее

преобладание гра1ничного

диффузионного

потока'над_объемнь1м

отвечает не случа|о

очень

крупного

3ер_

на

и вь|сокого

совер1|]енства

структурьт

его внутренних объ-

емов

(при

больш:'ой

или

}талой

толщи,не грани,ц)

а случаю

мелкого

3ер]на с огромной

суммарной

гранинной,пов,ерхностью

и больтпой

повёрхн,остью

внутри3ереннь1х

блочньтх

дефе,ктов

[32в,

329].

|1о-видимому.

глубокие

ферритнь1е

силицированнь1е

слои не вполне

отвеча1от этому

описанию:

ра3мер

зерна

в них

велик'

а толщина

его границ

мала, однако

и в этом

случае,

по-видимому,

нельзя

считать

роль

фронтальной

лиффузии

по

телу

3ерна

преобладающей,

хотя необходимо

учить1вать

ее

[330].

Ёаконец,

ряде

случаев необходимо

принимать

во внима-

ние

то'

нто

лиффузионньтй

слой, особенно

имеющий

структу_

ру

твердого

раствора'

не является в

действительности

<<чисто))

двухкомпонентнь1м.

€корость

диффузионного

пот0ка

в объеме

границь1

3ерна

мо'>кет

бьтть

резко

и3менена

(как

умень1пена'

так

увелинена)

шаличием примеси,

сосредоточенной

именно

гранинной

области

[331].

слунае силициро,вания

такими при-

месями

могут явиться

легирующие

элементь].- активнь|е сили_

цидообразователи'

как правило'

ускоряющие рост

силициро_

ваннь|х

слоев.

9тобьт иметь во3мо}кность

объяснить причинь1 получения

определеннь]х

структур

силицированндх слоев' необходимо

учить|вать

не только общие

поло)кения о

разупо'рядоченности

структур

граничнь1х объемов

3ерна,

хотя

эта

ра3упорядочен-

ность

действительно

является

первоприниной

преобладающе|.1

роли

гранинной

диффузии.

|1оскольку кон!центрация

вакансий

прочих

дефектов

объепле гра|ницьт

рез]ко

увеличена,

распреде-

ление

ориентац14я

у1х не беспорядочнь|:

скопления

де,фектов

ог{ределенньтм

образом ориентировань|

{332,

333]. Благо-

даря

этому в границах

3ерна существуют

направления

наи_

легчайгпей

лиффузии;

ли||]ь

наличие

таких

направлений

повво-

ляет

тонкой

(0,1-0,0|

мк, т. е.. несколько,

сотен

'мех{атомнь1х

расстояний)

границе зерна обеспе.!ивать

вь1сокую

скорость

перемещения

диффу3ионного

потока. Ёеобходимо

учить|вать,

что

механизм

граничной

диффузии

состо'ит в

перемещении

чу)кероднь1х

атомов по вакансиям, общее

число которь|х

мн0-

181

гократно

превь11пает

число этих'атомов.

таким о6разом,

корен-

ное

отл1{чие

граничной

лиффузии

от

диффу3ии

по

телу зерна

состоит

в том' что последняя

протекает

по

обьтнному ваканс[1-

онному

механи3му

(т.

е. мо>кет бьтть представлена

как

по-

ток атомов, и как перемещение

примерно того

х<е к6личествз

вакансий

в направлении,

обратном этому потоку)'

тогда

как

первая представляет

собой

действительно диффузионньтй

пст-

ток в скоплении вакансий, больтшая

часть которь1х при

этом

не

перемещается

[334]

€

повьтгпением температурь1 нась]щения преобладаю[цаа

роль.гранинной

диффузии

умень|пается,

однако в любом

слу-

чае она сохраняет свое 3начение

[335].

[иффузия

от поверх-

ности

металла в глубипу его по границам 3ерен является

вто-

рь|м

этапом

лиффузионного

нась1щения. Ёаиболее

наглядно ее

роль

проявляется при

металлографинеск_ом

айализе

хромиро:

ваннь|х

слоев |{и3коуглеродистой

стали

[336]:

в отличие

от

силицирован|4я ||лп

алитирован|1я

д]1я

вь1сокохромистого

фер-

рита

характ'ерно проникновение в сердцевину

по граница\{

аустенитного

3ерна в виде клинообразнь|х

<<я3ь1ков>>. йсследо-

ван||я

показь|вают

[337]'

что по границам

ферритного

столбча-

того 3ерна

происходит

преимущественно не только

лиффузия

хрома

в сталь' но и

встречная

диффу3ия

углерода:

карбидная

фаза'при

хромировании среднеуглеродистой

стали образуется

первоначально

только на поверхностях

ра3дела

слой

---

се!А(е-

ви|1а

слой

среда

и на границах 3ерен' в

то время |(ак тело

3ерна остается

ферритным.

Фтсутствие

ферритнь]х

<<язь]ков>>

при силицировании'

ко-

ночно,.не

означает отсутствия

граничной

лиффузии

в аустени-

те,

пред1пествующей превращению

его в

феррит.

?!1икрострук-

щрь:

(см.

рис.

23,24)

локазьтвают'

что границы

аустенитног0

зерна

(не

совп4АаФ1{|1ё,

естественно, с

границами булушего

ферритного)

первую

очередь

обогащают69

диффунлирующир|

кремнием' 3атем

происходит

их

фа3овое

превращение

во.',-

никновение

цепей

вь|тянуть|х

ферритньтх

микрозерен. ./1игшь

после этого

сердцевина

аустенитного зерна

такх(е превраща-

ется в стабильньтй

феррит.

€праведливости

ради

следует отме-

тить'

что

все

это

удается

выявить ли1пь

методом

кось1х шлифов;

структурь1

рпс.23,24

локазьтвают

состояние металла

в плоско-

ст!а,

оо1ёе

прибли>кающейся

к плоскости

с"ттоя' чем к

плоско,ст|.1,

перпендикулярной

слою: в последнем случае преимуществе}!-

ная

граничная

диффу3ия

не мо)кет бьтть

вьтявлена. 3то, очевид-

но' о3начает' что при силицировании

преобладание

ее про-

является в существенно мень1пей степени'

чем при

хромиро-

вании.

1ретий'

зат(лючительньтй

этап

лиффу3ионного

нась]щения

состоит

рассась|вании

насьтщающего

элемента в тело

3ере{].

|1утями'

рассась]вания

являются пре)кде

всего внутризереннь1е

182

дефекть:

границы

блоков,

представляющие собой

ско'пления

дислокаций'

острия

которых

образуют вакансионньте

цепи.

!(ак

скорость гранинной

лиффузии,

так

интенсивность

рассасыва.

ния от границ

во

многом

определяются

ориентацией кристал.

лических

ре|петок

зерен, сть|кующихся на

данной

границе

[338].

Ёаиболее

вь1сокая скорость

гранинной

диффузий

обес-

печивается'

естественно, если

оба зерна

о,риентировань]

парал_

,цельно

границе плоскостями

с малой

ретикулярной

плотностью

структурнь'х единиц.

||онятно,

однако, что Ё1{тенсивность

рас_

сась1вания от границь1 булет при

этом пони)кена.

€ тонки

зре_

ния общей

ст<орости

роста

диффузионного

слоя оптимальнь|м,

по-видимому'

является

слунай

ориентации плоскостей с малой

ретикулярной

плотностью

<<трубок

диффузии>

под некото_

рь|м

острь]м

углом

к границе 3ерен:

при этом обеспечивается:

достаточно

вь|сокая интенсивность

как гранинной

лиффузитл,

так и

рассасывания

от границы

по вакансионнь|м

цепям

(их

направление'

очевидно,

долх(но

совпадать с

направлением

наи-

.цегчайп.тего

сколь}кения'

ле)кащим в

плоскости

с малой

ретику_

.'тярной

плотностью атомов)

3ародьттпи новой

фазь:,

возникающие

на

границе 3ерна

ме-

талла

(а

слунае

лиффузии

второго

комп'онента

извне-прех(де

всего на

пов€рхност::

металла)' вследствие

облегченности

диф_

фузии

этих богат'ьтх

дефектами

о6ъемах

обладают

сравни-

тельной

свободой

о,)иентации

[339].

Благодаря

этому про{цесс.

зарох{дения

новой

фазь,

вь:гл9.(|11

;(3( образование

огромного

числа

мельчай:'пих

3аРодь|шей

со статистически

беспорядон-

ной

ориентировкой.

Фднако

свобода

ориентации еще

не о3нача-

ет

свободь:

лиффузии:

дальнейгпему

диффу3ионному

росту

глу6ь

металла

ока3ь]ваются

способньтми

ли1пь некоторые

3аро-

дь](|]и'

границь1

которь]х

оказались

параллельнь|ми вектору

градиента

концентрац|!у!,

т. е. вероятному

направлению,

обес_

печивающему

наиболь1шую

мощность

диффу3ио'нного

потока

|1ри

росте

слоя

(мощность

диффу3ионного

источника предп()_

лагается

нео,граниченной)

[340].

Разупорядочение

на грани(е

3ерна

не и3ощопно:

оно способствует

ускорению

пиффузи:л

ли1]]ь

вдоль границь|

зерна'

поперечное

направление границь|

не

ускоряет'

а тормозит

диффузию.

результате

расту::1ие

3ер-

на кремнистого

феррита

[1роходят <диффу3ионнь:й

отбор>>:

<<вьт-

>*(ивают>>

ли1|]ь те

из них'

которь|е

обеспечивают

наивь:с1путо

скорость

роста

слоя'

а ийенно

имеющие

границь1'

перпендику-

лярнь|е

поверхности металла.

|1о

данньтм

авторов

[341]'

диффузионньтй

йоток, прони3ь|,

вающий

в продольном направлении

зеренную

границу,

обрат-

но

пропорционален

синусу

угла

ме}кду

направлениями

грани_

ць|

и потока.

3то }ке

относится

14 к границам

блокоци плоско_

стям

наилегчайтпей

диффузии

(наименьтпей

ретикулярной

плотности)

внутри

3ерна.

183

Рассмотрение

структур сло'ев

стабильного

феррита

пока3ь|_

вает'

что при 3начительной их

глубине (для

сил!тцйрования

свьт-

'тше

150-200 мк)

слой со'стоит

ух(е

не

из

одного

ряда

столбчат-

ть1х

3ерен: последние

образуют ли1пь основную

часть

слоя,

при-

легающую к металлу' а над" ними

располагаются

более

мелкие

3ерна' границы

которь|х

не вертикальнь1' хотя

направлень1

вертикали

под острь!м

углом.

3то, по-видимому, овначает' что

непосредственно'й

близости от мощного

диффу3ионного

ис-

точника (вблизи

поверхно,сти металла) преобладание

гранич-

ной

диффузии

мень1|]е,

чем в глубине

ферритного,

слоя,

что

создаёт во3мо)кно,сти

для

<<вь1)кивания>>

больхпого

числа

зар0_

дьтгпей

феррита

с более

разноо'бразно,

ориентированнь1ми гра-

ницами.

Авторь:

[342]

спешиально исследовали

так

назьтваемьдй

<<эффект

толщинь| листа>> в кремнистой стали: при от)киге

трансформаторной

стали

рост ферритного

зерна

прекращается

по'сле того' как его поперенньтй

размер

составит одну-две тол-

щинь1

листа' Б

работе

[342]

это объясняется следующим

обра-

3ом: если граница зерна приблизительно, перпендикулярна по-

верхности металла' вдоль нее к по,верхност'и энергично

диф-

фунлируют

вакансии'

образуя в конце концов в

месте вь|хода

границь1 так на3ь!ваемую

<<канавку

термического травления.>'

(терминеское

травление

и3учено так)ке в

работах [343_345]

Рост

столбчатого 3ерна протекает без

изменений, пока

диффу-

3ио,нная проницаемость границь1 о'ка3ь1вается

достаточной для

обеспечения хода описанно,й аннигиляции

дефектов.

тому >ке

образовавтпаяся глубокая канавка

<<привя3ь1вает

границу

зер-

на к одному месту>>.

Результатом

является то' что в силициро-

ванном слое небольтпой толщинь1 3ерна

феррита,

во-первь1х'

столбчатьте, во-вторь1х, крупнь1е,

в-третьих' приблизительно

одинаково'го поперечного

ра3мера'

не

превь11пающего

3аметно

глубиньт

слоя.

3 заключение

следует

остановиться на

роли

так на3ывае-

мой

ферритной

подкладки. Б наибольтшей ст(:пени она харак-

терна

для

алит|1рованнь|х и

фосфорированнь1х

слоев'

однако

]{

силицированнь1х

ст'руктурах малоуглеродисть1х сталей

(спт.

рпс'

57, а, б) лод слоем кремнистого

феррита

видна

ферритная

прослойка,

ка)кдое 3ерно которой образовалось как продол)ке-

ние

ферритного

3ерна слоя. ||о-видимому, аустенит

будущей

ферритной

подкладки содер)кит повь|1|]енное количество

крем-

ния' недостаточное' однако'

для

превращения

аустенита

кремнистьлй

феррит.

||ревращение

происходит

ли1пь

процессе

охла)кдения'

при этом ка)кдое

ра}!ее

существовав:лее

феррит-

п,ое

3ерно слу)кит

подло>ккой

для

3ерна

вновь образующегося,

нто

обусловливает

образование

подкладки

как

3акономерно-

го

<продол)кенця>

структурь1

самого

слоя

[346].

184

1екстура

диффузионнь!х

слоев

Ёа

протя>кении

последних

лет нами изучались

структурь|

п{еталлоподобнь:х

и 6лизких

ним

фаз,

полунен1нь1х

при

нась1_

ш{ении

сталей

различнь|ми

эле|,{ентами:

боридов,

фосфидов

алюминидов

)келе3а;

кар6идов

хрома' молибдена, вольфрама

и ванадия

(результат

цем,ентации

ферритньтх

9ло-ев'

предвари_

тельно ;Ё3€ь|11{€Ё][Б1х

названнь1п{и элементами) .

литературе

имеются сведения о сходнь|х по

структуре

слоях' полученнь1х

при

цинкова'нии

желе3а

гальваническо1\,1

оса)кдении

металлов

|347].

Ёесм,отря

на некоторь1е непринципиальные

различия

во

вне1шнем

вг{де микроструктур'

для

всех

на3ваннь]х

фаз,

общей

нерто,й

которь|х

являются низкосимметричнь1е

(средней

кате-

гории) кристаллические

структурь| с

ре3кими различиями ре-

тикулярной. плотности по

различно

ориентированнь1м

плоским

сеткам' хар!актерны следующие общие законо,мерности

струк-

турообразования.

1. Б

начальньтй

момент металлоподобная

фаза

вознтакает

виде

весьма больтпого числа

мельчай:пих зародь11пей со ста-

тистически беспорядонной

ориентировкой. }1еханизм

этого эта-

па в принципе

совпадает с механи3мом начальнь]х

стадий

рас-

пада

пересь1|т{енного твердого'раствора'

т. е. состоит в возник-

новении

флюктуаций

нась:щающего

элемента,

совдания в них

ближнего порядка

(вовникновения

микро3ародьтш:ей),

роста

3ародь|1па

и его обосо'бления

срь1ва когерентности.

3 случае

диффузионного

нась1щения существует' однако,

ва)кное коли-

чественное отличие:

6лагодаря

постоянному

притоку извне на-

сь1щающего элемента названнь1е этапы

протекают несравненно

быстрее,

чем при о,бьтчном

дисперсионном

тверденпи

|347].

2. |1осле того,как микрозерна новой металло'подобной

фа-

зь| покроют боль:пую

часть

поверхности

металла' на

лиффузи-

онную

<<пропускную

способность>> этого слоя

начинает ока3ь]-

вать отрицательное

влияние3начительная

доля

ковалентнот}

связи металл

неметалл

структуре этой

фазьт.

@днако

сло'е имеются микрокристалль1'

ориентированнь1е параллельно

поверхности плоскими сетками с

малой

ретикулярной

плот-

т!{Фё1Б1Ф.

Ёаправлен']я'

перпенди'кулярнь1е этим плоскостям

(в

тетрагонально'й и гексагональной структурах это' например'

направления

осей х

у)'

моцт слу}кить

<<тру6ками

диффузии>.

|(роме

т0го,

рост

кристалла

этих

направлениях

невовмо)ке]{

без наличия

параллельных им

вакансионнь:х

цепей,

благодаря

им

фазе,

которая,

согласно

равновесной

диаграмме

состоя-

ния' не имеет области гомогенности' в ходе

роста

кристалла

со3дается градиент

концентрации. 1аким образом, в

ре3ульта-

те

<лиффузионного

отбора>> в слое

<<вь|)кивают>

ли1пь

кристал-

185

ль1

вполне

определенной

о,риентировкой

структурь|' т'

е'

соз_

дается

аксиальная

текстура.

3кспериментальнь1е

подтверх{де_

ния

действия

описанного

механи3ма

получень|

для

6орйднь:.х

[348,

349]

и_ алюминилн_ь:х

[350,

3_51] слоев,

обладающйх

ярко

выра}кенной

аксиальной

текстурой'

3. Ёекоторь|е

и3

названнь|х

вь1ше слоев-бориднь1е,

алюм11_

нидньте''цинкова]нные,

фосфиднь1е-наряду

с кристаллографи_

ческой

текстурой

обладают

еще и

специфинеским

<<игольчатьтм,

строением.

Б настоящее

время

н!е

существует

общеприня-

той

теории,

объясняющей

механи3м

во3никновения

этого явле_

ния.

Ёа осно,вании

рассмотрения

литературнь1х

даннь]х

[352__

35+)

п собственньтх

наблюдений

автороБ

мох(ет

бьтть пред-

ло)кено

следующее

объяснение.

йгольнатую

структуру

при на_

сь1щении

стали

образуют

обь:чно

фазьт,

которь1х

полностью

отсутствует

какая.либо

кристалло}'имическая

6лизость

к струк-

туре

металла_матриць|.

3то,

как

указь|валось

вь|ше

[321-323],

предполагает

практически

полную'сво6оду

лиффузии

нась|_

щающего

элемента'

например

при

борировании'

сначала по

границам ме)кду

иглами

6орида

и вакансионнь|м

цепям

внутр|{

игль1' а затем

вдоль

поверхности

!аз,{еа'1а

игла

металл (по-

добно

воде'

стекающей

с тающей

сосульки).

1аким

образом,

игольчатая

форма

кристаллита'

по-видимому'

так>ке

есть

ре-

3ультат

)кестког0

<лиффузионного

отбора>

при нась|щении

}ке-

ле3а элементами'

для

кото,рь1х

обь:чньтй

вакансионнь:й

меха_

низм

диффу3ии

сквозь

структуру

их собственного

соединения

со'прях(ен

со 3начительнь1ми

струкцрно-энергетическими

3а_

труднениямп.

Аз

изло)кенного

вы!1]е

следует'

что

роль

диффу-

3ии вакансионного

типа по телу

3ерна

значительно

больгпе,

непт

9то

мо}кно

бьтло

6ь: предполо}кить:

именно

эта

составляющая

лиффузия

полн6стью

ответственна

за во3никновение

аксиаль-

ной текстуры'

Ёа

осно,вании

сказанного

во3никает

вполне

закономерньлй

вопрос:

существует

ли текстура

в слоях

стабильного

фёррита

пре}кде всего кремнистого?

.(анньте

рентгенографияеского

анал|13а

отвечают

на

этот вопрос

отрицательно:

столбчатое

строение

силицированнь1х

и подобнь:х

им

слоев

(алитирован-

нь:х,

фосфорироБанньтх'

хромированньтх)

законойерно

ориен_

тированнь1ми

границами

ферритного

зерна не

является

следст_

вием закономерной

о'риентировки

кристаллических

структуР.

данном

случае скорее'м0)кно

говорить

ли[пь

<текстуре

гра_

ниц

3ерен>'

чем о

действительной

те*стуре

ре[петки.

||оэтому

в 3аключение

остается

рассм0треть

ли1шь причины'

ответствен_

нь|е 3а

отсутствие

текстур

-в

диффу3ионньтх

слоях на стали'

не

состоящих из

металлоподо6ньтх

фаз.

||о-видимому'-основная

из

этих пРичин

состоит

том,

что

кристаллическая

структура

феррита

принадле}кит

вь|соко-

симметричной кубинеской

синго,нии.

|1о

даннь1м

авторов

[355,

186

356],

в кристаллической

решетке

типа объемноцентрированно-

го

ку6а имеются'по

меньт||ей

мере три атомные

плоскости'

удельная

поверхностная

энергия которых

различается

ли11|ь

на

1{есколько процентов.

€оответственно

этому

долх{но

иметься

но

менее

12 направлений

наилегчайгцей

лиффузии,

соответствую-

щих

осям симметрии

куба.1аким

об!азом,

<лиффузиокном

отборе>>

зародьтгпей

с определенной

кристаллографинеской

ори-

_ентировкой

структурь1

данном

случае нет необходимости.

г!о

данньдй

-[351

358], приблизительно одинаков0й

поверх_

ностной энергией

в кристаллографинеской струкцре кремни_

стого

феррпта

обладают атомнь|е плоскости

(100)

их в ячей_

ке трц,

(110)

тшесть'

(111)

четь|ре.

Фбщее

число

этих плос-

. костей,

таки|м образом, настолько

велико'

что при

любом

угловом

п'олох(ении

кристаллита

одна из

них оказь|вается

параллелыной

(или

понти

параллель}|ой) вектору

гради|ента

кон1центра!ции.

й.

Архаров

[359]

вообще

считает' что

важ-

нейтпим

условием'

определяющим

во3мох(ность или нево3мо}к_

ность во3никновения

текстуры' является степень

симметрично-

сти

ре1петки.

Ёапример, тексцра крайне маловероятна в

структурах вьтстпей кристаллографинеской

категории

(кубине-

ских),

образующихся при температуре, существенно

превь|-

гпающей точку

рекристалли3ации'

т. е.'в

условиях'

о'беспечи-

вающих

возмо}кность энергинной

диффузии.

Бдинственнь:й

слунай возникновения текстурьт в объемноцентрированной ку-

бической

решетке

3о,не'

ле>кащей

в6лизут

поверхности метал-

ла,_ акс\\альная тексцра

дендритов

в столбчатой

'зоне

слиг-

1(ов тугоплавких металлов

[360];

во3никновение ее

вь]3вано

весьма активнь|м

теплоотводом при кристалли3ат!ии сл|1тка

(градиент

температуры

составлял

до

100

ера0|см).

1ексцра

во3никает

в период

дендритной

кристаллизации полу>кидкого

метал-ла, конечно,

процессе

роста

диффузионнь|х

слоев

невоз-

мо}кно возникновение столь

благоприятнь|х

условий

для

тек-

сцроо6разования.

3 электролитах'

имеющих

ни3кую

проводимость' тексцра

гальванических

слоев во3никает под влиянием осо6енностей

простраъ1ственного

распределения

силовь|х

линий электриче_

€кФ|Ф

поля

[361].

14змерения

электрических свойств перегре-.

ть|х-стеклообразньтх

расплавов

при электролизном силициро-

ва|1|1'1

пока3ь1вают

вьтсокую

равномерность

распределения

силовь1х лпнпй в

расплаве

(например,

глуби;на получаемого

слоя

практически

одинакова как

на стороне о6разца, обра-

щенной

к аноду' так и на противополо>кной

стороне). ||о-

этому

э4ектрическое

поле мо)кно

не

принимать

во внимание

как

возмох{ную

причину появления текстурь1 при

электролиз-.

ном

силицировании

14 особенно }кидкостном 6езэлектро-

лизном.

187

|,1з

приншипа струкцрного

и ориентационного

соответствия

следует' что текстура

во

вновь

образующихся

кристаллах мо-

}кет во3никать

как

следствие

текстурованности

матриць|

[362].

[татистически

беспо,рядочная

ориентировка

аустенитнй

зе-

рен,

безусловно

первоначально

ко,герент1{о

свя3аннь|х

с 3аро-

дь1шами

крем!1истого

феррита'

естественно'

не

мо)кет

бьтть

ис_

точником

их текстурь|.

слунае,

ес'и

й)'рицей

для

ферритньтх

зародьтшей

являет-

ся

так)ке

феррит,

текстура

матриць|

мох{ет инициировать тек-

стурообразование

во вт0ричной

фазе.

Фбязательным

услови-

'ем

является'

однако' ни3кая

температура

(:тезнанительно

пре-

вь]т1]ающая

порог

рекри_сталлизации),

обьтнно

не

применяемая

при

силицировании

[363].

Б названной

работе,

кай

и в отече_

ственном

исследовании

[364],

матрицей

слу)кил

не

поли-'

мо,нокристалл

кремнистого

)келеза.

||ригодность

его

на

роль

<<источника

текстурь|>>'

по_видимому'

не

в последнюю

очередь

объясняется

нево3мох<ной

дпя

фаз

обь:чного

лиффузионного

слоя

весьма

низко'й

концентрацией

дефектов'

т. е. вь:соким

об-

тт1им-совер1пенство,м

матринной

структурь|.

Ёаконец,

да>л(е

если'растущая

в слоё

фаза

и об}адает

тен_

денцией

возникновению

текстурьт'

эта тенденция

далеко

не

всегда

реали3уется.

3 многокомпонентной,

загрязненной

при-

месями

системе

на

процесс

роста

кристалла

од!{овременно

вли-

яет

столь

много

разгтороднь|х

факторов'

что

текстура

мо)кет

не во3никнуть

результате

этого влияния

[365].

первую

очередь

это относится

к твердым

растворам'

поскольку

в соеди_

нениях

фиксированног0

состава

горофильнь:е

примеси (кото-

рь|е

и в твердом

растворе

в состоянии

находиться

ли!пь

на

границах

зерна)

практ].1чески

нерастворимь|.

|1оэтому

тексту-

ра'

столь

часто во3никающая

в слое металлоподобньтх

фаз,

так

ред4а

слоях с

природой

твердо'го

раствора.

14з всего

ска3анного

вь||пе

следует'

что текстурообразова-

ние' ока3ь|вающее

столь

значительное

влияние

на структуру

свойства

металлоподобньтх

фаз,

лиффузионнь:х

сл?.тйх

ё при-

родой

твердь1х

растворов

крайне

маловероятно

и практическ}1

мо)кет

не приниматься

во внимание.

[1ористость

в силицированнь!х

слоях

|1олуненньте

металлокерамическими

методами силиц|.|дь|

фосфильт

)келеза'

как известно,

отличаются весьма

вьтсокой

_коррозионной

стойкостью'

что'

собственно' и является

причи_

но,и столь настоичивого

стремления

к со3данию

методов

полу-

чения этих

фаз

в лиффузио!{нь!х

слоях

на

сталях. Фднако, хотя

188

получение

таких

слоев

не

представляет

особь|х

затруАнений,

силициднь1е

фосфидные

фазь:

в слое отличаются

вь:сокой

концентрацией

макропор'

чт0 кореннь|м образом

ухултпает

их

антикорро3ионнь1е

сво'йства

[367].

||оэтому

представляет

ин-

терес

рассмотрение

имеющихся

литературе

даннь|х

о причи_

нах

возникнове!|ия

пористости

диффу3ионных

слоях

(в

наст-

ности'

силицированньтх)

и о во3мо}кнь|х

путях

устранения

этого

дефет<та.

Фтносительно

причин во3никновения

пористости

при

сил[|-

цировании

еще несколько

лет

существовало

3начитель.

ное количество

точек

зрения.

Ёапример,

еще в 1968

г. авторь!

[368]

отмечали'

что

механизм

возникновения

пор

в силициро-

ванной

стали

не мо}кет

бьтть

диффу3ионнь|м'

так как

в по-

следнем

с.цучае

порь1

дол)кньт

6ьтлп бьт иметь

правильную

огранку.

Ёа

осно,вании

этого

утвер)кдалось'

чт0

приниЁой

по_

явления г{ористости

при

га3о,вом силицировании

применени-

ем $1€1ц

является

га3овая

коррозия

унос

}келе3а

с поверх_

ности

металла

в виде

Ре61з.

!,ействительно,

подобное

явление

во3мо}кно

[369]

однако

непременнь|м

ег0

усло,вием

является

то'

что температура

плавления (вероятно'

да}ке

и кипения)

уносимого

компонента

дол}кна

бь:ть

намного

ни}ке

точк!| плав-

ления

основного

металла.

Автор

[369]

изунал

унос

легкоплав-

ких металлов

цинка

и кадмия

из сплавов

(а

7'п

А9

€6.

||ри

этом ока3алось'

что порь!

распределяются

в мас-

се матриць]

равномерно'

подавляющее

боль:пинство

пор закрь1-

ть{е

имеют

правиль!{ую

огранку.

3то

свидетельствует

о том'

что сами

по себе

порь|

имеют

диффу3ионное

происхождение

возникают

по ваканс-ионцому

механи3му.

(

этому вьтводу

в бо-

лее

поздней

работе

[370]

приходят

авторь1

[36в].

3десь

онтд

утверх{дают'

что если

унос

}келе3а

газовую

фазу

и ответст_

вен

в некоторой

степени

за пористость

силицированного

слоя'

основной

ее причиной

является

фактор

чисто

диффузионньтй:

различие

парциальнь|х

коэффициентов

лиффузии

х{елеза

кремния.

|1о мнению

авторов

[371],

пористость

в металле-явлеЁие

вообще

3акономерное.

|!оскольку

в металлической

структуре

число

узлов

ре11]етки

превь|шает

число

ато'мов'

т.

е.

существует

равновесная

для

данного

состава

и температурь|

<<неуничто}ки-

мая>> концентрация

вакансий,

а порь|

есть

ре3ультат

коалесце}{-

ции

этих вакансий,

очевидно'

дол)кна

существовать

рав-

г{овесная

для данных

условий

концентрация

пор. |1ри

этом

поры

подчиняются

той

>ке 3ако,номерности'

что'и

частиць|

избьт-

точной

фазьт

при

старении

металла:

чем

больтше

их

средний

ра3мер'

тем

ни)ке

равновесная

концентрация.

@писанной

точке

3рения'

по-видимому'

нель3я

отказать

справедливо.сти'

но

ли!шь

в качественЁ|ом

отно!шении:

количество

<неуничто>кимь1х'

189

равновеснь1х>>

пор

дол}1(но

бь:ть столь

малым' что серье3ного

Ёлияътия

на свойства

металла

они ока3ать

не

могут.

вопросе о пористости

силицированного

слоя, таким обра_

зом,

оказь]ва9тся необходимь|м выделить

три

стороць1:

причину

во3!{икновения

пор;

механизм

их во3никновения;

методь|

пре_

дупре'кдения

пористости.

Фдно

из

наиболее

родственнь!х

диффузионной

п0ристости

явлений

так

называемое

вакуумное

термическое травление

границ

3ерна.

работах

последних

лет

вь|яснено

[343-345'

372), нто

это

явление

ничего

общего

с травлением

(т.

е. с

уно_

сом вещества

в окру)кающую

среду

границ

зерен)

не

имеет.

Ёа границах металлического

3ерна концентраци}

вакансий

на-

многопревы1пает концентрацию

дислоцированнь|х

атомов.

€тремление металла

к сни>}(ению суммарной свободной

энер_

гии

пре)кде

всего

путем повь!1шения

упорядоченности

структу_

ры

границ

3ерна обусловливает

пер-емещение

вакансий на

мес-

та вь|хода

границ на поверхностъ.

3десь и образуется своего

рода

непрерывная

открытая

пора

канавка

<<вакуумного

травления>>.

|!оявление

ее именно в

условиях

вакуума

обуслов_

лено' очевидно' отсутствием на

поверхности металла

окисной

пленки

сорбированной мо,но,молекулярЁой

газовой

(кисло-

ролЁой)

пленки.

Фписанньтй механи3м

созда11ия

канавки

<<вакуумного

трав_

ления)>

полностью совпадает

механи3мом

во3никновения

внутренних

лиффузионнь1х

по'р.

.|!1еханизм возникно'вения

порь| представляет собой взятьтй

со

3наком минус механизм выделения

дисперсных

частиц из

пересыщенного твердого

раствор

[373,

37 4\.

!'ля

возникнове-

ния

<<3ародь|1|]а

порь1>> еще в больгшей степени'

чем

при

о6ьтчношт

старении' необходимо

наличие

подло,)кки

исходного

дефекта:

микротрещицы'

границь1

3ерна

(блока)'

острия'

дислокации

или по крайней мер.е

границы

небольгпого неметаллического

включения. Ёаиболее вероятнь:й слунай исходного,

дефект'а

6иваканспя, 1. ё.

результат

аннигиляции

двух двигав]'|]ихся

встречно

линейнь:х

дислокаций

противополох{ного

3нака.

Бпервые

объяснение причинь1

во3никновения

диффузионной

пористости

при поверхностном насыщении

бьтло полувено

при

и3учении

так назь|ваемой

диффузионной

усадки

[375'

376].

|{ри взаймной

диффузии двух

металлов'

обра3цы которь|х

име_

ют

вид

тонких листов

или

проволок'

с}кать1х

торцам}{'

в месте

сть{каторцов образуется беспористь:й

пиффузионньтй

сло!!.

Фднако при этом происходит активный перенос вещества: ко1!1-

покент' обладающий

более

вь:сокой

скоростьто пиффузии,

на_

капливается

в медленнодиффундирующем металле' но

(благо-

даря

малой

толщине

металла)

его

недостаток

во втором

о6раз-

це

проявляется

не

в виде пористости'

как

умень1пение

190

толщинь}

этого

образца

вблизи

сть1ка

(коненно, при

одновре-

менном

увеличении

толщиньт

другого

образца).

слунае,

е9ли

место тонких

образцов

3анимают

металли-

ческие

детали

3начительного

сечения'

результатом

диффузион-

ного обеднения

одной

и3 них

компонентом,

диффундирующим

чере3 стык

другую

деталь'

является

у)ке

настоящая строче1!-

ная

диффузионная

пористость.

Ёапример'

при

ко'нтакте

никеля

с хромом

пористость

образуется

в структуре последнего' п0-

скольку грайишу

ра3дела

в единицу

времени пересекает боль-

|1]ее

число

атомов

хрома'

чем

количество

атомов никеля,

диф-

фунлируюших

обратном

направлении

|3771.

|1ри

контакте

}келе3а с

алюминиевой

бронзой пористость

во3никает в бронзе

как

ре3ультат

обеднения

ее

алюминием'

весьма

бьтстролиф-

фунпируюшим

)келезо

[378].

1аким о6разом,

общим

правилом является

во3никновение

диффузионной

пористости

фазе,

основной

компонент которой

имеет

повьт1пеннь|й

парциальнь:й коэффициент

диффузии.

Ёа-

пример'

д,тля

о-фазь:

силицированного слоя

диффузионнЁ:м

ис-

точником является с'-фаза,

поэтому в

результате

того' что

скорость

диффузии

кремния в.направлении

о'->о

превь||пает

скорость

диффузии

)келеза

противополо,)кном направле1!ии

(тоннее

говоря'

в единпцу времени в

о'-фазу

поступает

мень-

1||ее число атомов )келе3а на единицу

объема,

чем в

о-фазу

атомов кремния

[379]),

диффузионная

п0ристость во3никает

именно

с'-фазе

[380].

||ринино,й возникно,вения

ра3личия

в парциальнь:х коэффи_

циентах лиффузии

мох{ет бь:ть не только

ра3личная

природа

двух

встречнодиффундирующих

элементов' но

температур-

ньтй градиент'

при этом скорость

диффузии

из

нагретой части

образца

в охла)кденную

для

атомо'в одно[о вида

больтпе'

чем в

обратном !;аправлении'

и в нагретом

объеме образуется терм()_

лиффузионная

пористость

[381].

14нтересньтй

результат

полу-

чили авторьт

[382]:

при контакте

отох{)кеннь:х образцов меЁи

:л

никеля

первая

диффунлирует

интенсивнее' и

в ее объеме обра-

3уется

диффузионная

пористость. |!ри

3амене отох<х<енной

меди наклепанной

скорость

диффузии

никеля

ней

настолько

возрастает'

что пористость

возникает

у}ке

в никеле.

1аким об_

разом'

имеет место'

суперпозиция (обращение)

эффекта

диф_

фузионной

пористости.

[вление

ра3личия

парциальнь|х

коэффишиентов

диффузии

встречнодиффуцдирующих

компонентов

именуется обь:чно

эффектом

1(иркендалла. Бго

существование

практическое

до,казательство

невозмох{ности

лиффузии

по обменному

ци-

клическому

механизмам,

д/!я

осуществления

кот0рь|х

необхо_

дима

одинаковая

скорость

диффузии

ра3личных

по природе

атомов.

{

191

йзло>к,енньтй

вьттше

механизм

порообразова|1|\я

в силициро-

ванных

слоях

согласуется

данными

мойографи

я.

Ё'

[ецзи-

на

[383]

исследований

3. Фитцера

||в9т'йъ;;,1.

д,"й.

()

9тру-кт-урнь'х

особенностях

диффузион]той

,'р'с'ос'"

!''!,.,,'

й.

Ё.

(идинь|м

с сотрудникайй[зв+1.

ой;;;;р;;;;,"й'''-

вили;

что

при

медленном

нагреве

слое

после

газового

ёилицт:-

рования

поры

располо)кень|

6еспорядонно'

тогда

как

увеличе_

ние

скорости

нагрева

поро)кдает

строчечное

располо}кение

пор

на

некотором

расстоянии

от

поверхности

с-фазьт.

3то

расстоя_

ние

тем

больште,

чем

вь|1пе

скорйть

нагрева'

поскольку

ее

увелинением

умень1пается

проме)куток

времени'

отведеннь:й

на

лиффузию

кремния

в направлений

ц,_'ц,.

прй'*е!'?ййБй

,'_

греве

округль|е

в общем

порь|

вь1тянуть:

ради!льно(

следьт

бес-

порядоченного

располо)кения

по

глубине

слоя),

при

бь:стром

т'ак)|(е

вь1тянуть1'

но

параллельно

поверхности.

||риведенньте

структурнь|е

даннь1е

неопровер}кимо

доказьтваю!

лиффузион_

ное

происхо)кдение

пор.

14з

сказанного

следует,

что

лиффузионном

слое

способнь:

к значительнь1м

-перемещениям

не

только

отдельнь1е

вакансии'

но

и 3начительного

размера

макропо,рь1.

€обственно

говоря'

перемещается'

конечно'

не

пора'

вещество'

ее

окру>катощёе:

частично

по

поверхности

порь1'

частично

через

газовую

фазу,

3аполняюп|ую-ее

полость'

с^<<лередней>>

поверхности

порь|.

на

<<зад}1юю>>

[385].

Авторьт

[386]

ттеренисляют

причины'

могушие

вь13вать

перемещение

пор:

градиент

температурь|:

пора

двих{ется

направлении

более

нагретог'о

объема;

гр адиент

концентр

ии'в

ака|1с|1й

(

обусловленны

й л

и бо гр

диентом

температурьт,

либо

гРадиентом

холодной

деформа-

ции):

градиент

ко,нцентрации

компонента:

пора

двих(ется

на-

правлеции

компонент,а,

обладающего

вь1соким

3начением

пар_

циального

коэффициента

диффузии;

градиент

электрического

поля:

пора

дви)кется

в сторону

анода (в

результате

перемещения

катионов

бьтстродиффунди_

рующего

компонента

сторону

катода)

1(оненно,

все

причинь1

дви}кения

пор могут

бьтть

и причина_

ми

их возникновения.

Авторы

[385]

отмечают

т,ак)ке

давно

3амеченную

нами

(в

боридньтх

слоях

на

стали)

ра3новидность

диффузи6нной

пор|]-

стости

угловую

пористость.

Больт.ттая

угловая

пора

или

группа

пор возникает

на

остРом

углу

детали

результате

весьма

энергинного

отвода

диффунди-

Р}ющего

внутрь

компонента

не

в одном'

а в

двух

направ-

лени|ях;

одновременн'о

угловом

объеме

слоя

возникает

3на_

чительньтй

дефицит. компонента,

лиффунлиру}ощего

и3нутри

(основного

металла)

\92

м.

А.

}(ригштал

сотрудниками

[387]

отмечают,

чт9

необходимо

ра3личать

сдвиг

инертных

]!1еток

при

встречно[{

твердоф

аз ной.стыковой

лиффузйи

-:-

эффокт

киркёгдал1!а-'-'п

возникновение

диффу3ионной

пористости

как

след9твие

ра3_

личнь|х

парциальнь!{

коэффишиентов пиффузии

встреннодиф_

фундируюших

компонентов

эффект

Френкеля,

непосредст-

венно

ответственньтй

за

пористость

оилицированного

слоя.

Ёеобходимо

отметить,

что

наличие

пор в

целом'

конечно'

облегчает

лиффузито

твердом

теле'

так

как со3дает

допол1{и_

тельную

разйетвленную

сеть

поверхностей

дифф}зии

{388]'

3то

подтЁер)кдается

существенным

ускорением

образовайия

лиффузионных

слоев

при

переходе

от компактных

металличе-

ских

материалов

пористьтй

металлокерамическим'

Фднако

вах(|{ую

роль

в этом

отно|пении

играет

ра3мер

пор.

Фневидно,

чем йельче

порьт

(и

соответственно

больгше

суммарная

их

по_

верхность),

тей

ай'ивнее

они

интенсифицируют

диффузию;

крупнь1е

поры

тешт более

располощенные

стронечно

нё

столько

ускоряют

пиффузию,

сколько

-з_а^медляют

ее вследствие

нару1пения

ими спло11]ности

металла

[389]'

-йз

всего

ска3анного

данцом

параграфе

следует'

что и3бе'

х<ать

образования

пор в

слое

о'-фазь1

при силицировании,

по'

видимому'

невозмо>кйо"

€лой,

содер>кайий

о'-фазу,

при

вь1со'

кой

окалиностойкости

обычно оказь1вается

не в

состоя!1ии

обеспечить

столь

}ке

вь|сокую

кислотостойкость.

Ряд

авторов

екомендуют

следую||\ие

мерь|

пр едупре}кдения

пороо бр

азов

а'

ния:

1) легирование

основного

металла

добавками

с бол.ее

низ'

кой

|емпературой

плавления'

т. е. с более

вьтсокой

диффузиог::

нойподви>кн6ёт,ю[390];

]]

]

2) н'ась:шение

с}алй

совмёётно

с кремнием

элементами

*а'6й

лиффузионной

подви>к}{Ф€1Б1Ф;

нй!тример

хромом

[39]1};

нетрудно 3аметить'

ч1о

две

на3ванные

мерь|

есть

две

сторонь1

одного

явления;

3) создание

всесторонне!о

давления

на

деталь:

это приво-

дит

к.энергичной

диффу3ии

вакансий

и пор

на поверхноеть

ме-

талла

[392].

со>калению'

на3ваннь1е

меры

'требуют

дополнительнь1х

исследований,

применительно

к силицированию

еще не

пРово-

диз1пихся.

Б настояще9

вре-мя единственной

гаратттией

беспо:

ристости

силицированного

слоя

мо)кет

слу)кить

ли1шь

отсутст-

вие в

нем о'-фазь::

слой

дол>кен

бьтть однофазным

и состоять

из кремнистого

феррита'

€илицированные

по

оптимальным

рех(имам

изделия

имею'|

светло-серьтй

цвет.

9истота

поверхностц

процессе силициро_

вания практически не

изменяется.

['|аруп'т9цц9 технологическо_

го

ре}кима

силицирования

ухуд|пает

состояние

поверхности-

13'

3ак. !6

глАвА

у]

свойствА силициРовАннь!х

стАлБй

/т{еханические

свойства

€илицирование'

как и

любой

другой

метод химико-термиче-

ской

о6ра-ботки'

сопрово>кдает!я

и3менением веса

ра3меров

образцо,в

|202]'

1(ак и следовало

о}кидать'

изменение

ра3меров

силицированньтхизделий

прямо

пропорционально

глубине

слоя

(рис.

59) и

имеет величину

того }ке порядка' что

и пр]1

нась|щении

другими

элементами

(наприплер,

при

борировани!{

расплаве

бурьт с карбидом

кремния).

!!1икротвердость

по-

верхности

силицированных

сталей

зависит

от способа и

ре)ки-

ма силицирования

химическог0

состава

стали.

.(,ля

>келеза

Армко и среднеуглеродйсть:х

сталей

она находится

в предела.\

300-500

к[|мло2. Боль:пцнство

легирующих

элементов

_('$й',

€г,

.д}1п,

1ч[|

др.)

повьтгцаю} поверхностную

твердость

силициро-

ваннь1х

среднеуглеродисть|х

сталей

(до

500-о00 к||мм2).

этом

}ке

направлении

влияет

повь1|пение

содер}кания

угле-

рода

в стали

(см.

рис.

54).

Ёа

вь|сокоуглеродистьтх

сталях

микротвердость

силицированного

слоя

достигает

600_

700

к|

|мм2.

14зменение

микротвердости

по глубине

силицированного

слоя стали

45 показано

на

рис.

53.

||овьтшение

микротвердости

силицированного

слоя

увели-

чением

содерх(ания

в стали

углерода

и легирующих

элементов

(€г,

}.{!,

\[, }1п) свя3ано

увеличением

(при

одинаковь|х

усло_

виях нась1щения)

содер)кания

кремния

в кремнистом

феррите.

€илицирование'

как и легирование

сталей

кремнием,

с!с>про_

во)кдае1'ся

пони)кением

их

ударной

вязкости

относительного

удлинения.

отличие от

легирования

при

силицировании сни_

)кается

и предел

прочности стали.

Бследствие

высокой

коррозионно'й

стойкости силицирова}1_

нь:х сталей

они имеют'одинаковый

п}елел

усталости

при

испь|_

тан\4|| !{а воздухе

воде

|2371.

€илицир6ваннь:й

сл6й

тру_

дом

обрабать1вается

резанием

обладает

повы!пенной

износо_

стойкостью

|202,2377.

194

гл![с,о

с'0','01

Рис.

59.

йзменение

размеров

детали

при силицироваяии

(х<ел.езо,'Апмко'

порошок

кристаллического.кРемния

атмосфоро

хлора

|2\]2]'

табл.

приведень1

результать|

исследования

износостоЁг-

кости

силицированного

}келеза

на

ма1пине

[1]кода-€авина.пр]'|

;;;;,'й;

;]

Ё".*

ке п

скорости

вращения

диска

500

о-б!мшн

|20,\.

йз приведеннь!х

-даннь1х

видно'

что износостойкость

йелеза

ре3ультат'е

силицирования

повь|1шается

примерно

раза.

А,','.",ные

ре3ультать1

получень|

и авторами

(та6л' 27)'

14спьттания

вь]полнень:

на.ма1шине

типа Амслера

при

ск0'

ро.'7.й''ьх{ения

\-м|сек_{460

об|мшн)'

нагру3ке

ке|

см2 и

Ёремени

испытания

2 час. 3

качестве

контртела

исполь3ован

4йск

из

закаленной

стади

Р18.

йспьтцемые

образшьг

(сталь

1-51

'*.'"

ра3мерь1

10х10

мм

(с

дугой

обхвата

около

см)'

':езульта!е

силйширования

износостойкость

стали

по

срав-

нениюсзакаленнь1минизкоотпущеннь|мсостояниемповь1си.

лась

!!а

650/о.

Ёесколько

мень!пее

повы1шение

износостойкост|{

[йй

зо-зьф')

,*ело

место

условиях

абразивного

износа

(на_

грузка

ке|мм2,

путь

трения

|0 м,

абразив

электрокорунд

ра3мером

зерна

180

лк).

|1р"|.'р,'ё',"о

про'вареннь1е

в масле

при

170-200

'€

си-

лицирова

ннь:е

об

азт1ь:

по

и3носостойкости

превосходят.цемен-

тированную

сталь

|2371.

9исло

о6оротов

исходное

желе3о

силнцированное

)келек)

Фтносительная

изно-

состойкоеть

1500

2000

2ш0

3000

3500

б!

100

132

162

19з

222

3,3

3,0

2,9

| аб лцца

Ф6ъем

углу6ления,

л'3

1000

195

'аб

л*лца

3акалка{низкий

отпуск

)(идкостное

силицирование

расплаве.

](Б-|

{|!аР{5|ф{зю, г:

1обоъё]

]

ц'

)*'

Борирование^в

расплаве

бурьг

карбидоп:

Фра,

!:1о20'с,

т:4

час

Борирование

ра9цлаве

бурьт

с карбидо.м

кремния'

!-1020'(;

т:6

час'

{р9чирование,

90%

х75+|096

А'2ц+4%

шн4с1,

,:1|00"с,

т:8

нас

)(идкостное хромирование'

эвтектика

(\аР_! (Б)

*€гэФ*(аси

|050"с,т:8

,,]

хромосил:жР:вание,

^[75

А|2о3

+.шн4с|,

.'.

/:1050'с,

т:8цас

17,8

10,8

6,2

8,8

4,3

8,7

7,1

55,0

11,6

26,7

3,7

14,3

!+,

1,0

,65

2,87

2,о2

,14

2,04

2,5

!;о

,33

4,31

2,43

14,9

3,84

4,0

}(аростойкость

Фбъемное

поверхностное

легирование

)келезоуглероди_

сть1х

стал_ей^кремнием

существенно

йовь:гпает

их

окалиностор]_

]:9сР .[-1-99,-

202

237,

393-397

др.]

Бведение

сталь

кремния

сильйо

замедляет

образование

на

х<еле3е

окисной

пленки'

причем

пРоцесс

образовЁния

окис_

ной

плейки

на

поверхцости

стали,

легйрованн#;ьь;;;;;'

й;-

исходит

.с.-преимущественнь]м

окислением

последнего

5|02.

}келезокремнисть]х

сталях

_с-4у0

слой

окислов,

образовав_

|лихся

после

нагрева

до

800

'€,

имеет

исключительно

вь1сокое

содерх{ание

кремнекислоть|

-до

500/о

[393].

Рсли

отйошение

содер)кания

кремния

к'содер}канию

>келеза

в сплаве

составля_

ет 1

':25,

то

оксидном

слое

оно

изменяется

до

:2.

5{от

бо-

196

гатый

окисью

кремния

слой

окалинь1

создает

устойчивость

против

окисления

при

высоких

температ}!ах:

Ёе

установлено

ли1пь,

обра3ует

ли

кремний

с >келезом,

подобно

хрому'

плот-

ную

и прочно свя3анную

п1еталлом

пленку сло)кного

окисла

типа

1ппинели

(а

если образует'

то в какой степени)

или

)к{)

влияет

на

распределение

вакансий

оксидном

слое.

Б табл.

приведень|

данньте

о влия'нии

кремния на

окал!т-

ностойкость

разлиннь:х

групп

сталей

[395]'

которь|е

свидетель'

ствуют о перспективности

применения

силицирования

целью

повь1!пения

окалиностоикости

как

углеродисть|х'

так и легиро-

ваннь|х

хромисть|х

сталей, Благоприятное

влияние

добавог<

кремния

йа повыгшение стойкости

'ротив

окисления

хро}}{они-

келевь|х ауст9нитнь|х ста'ей

отмечается в

работах

Ф. Ф.

!,иму-

лшйна

[398_400].

.[,аннь:е,

характери3ующие влияние с14л14-

цирования

на

)каростойкость

указаннь1х

групп сталей при

различнь1х

способах'

силицироьания,

приведены

в табл.

29-31

Б зависицости'от

спосо6а и

ре)кима

силицирования )каро-

стойкость

углеродисть|х

_низколегированньтх

сталей в

интер-

вале температур

700._900

'€

увелинивается

от з

до

р-аз,

вьт-

соколегированнцх

нер}кавеющих сталей

(типа

1х13 1'

|х18н9т)

от

до

раз.

||оло>кительнь1е

результать|

по

)ка_

ростойкости

силицированнь1х

высоколегированнь1х хромисть|х

и.хромоникелевь|х сталей

получень1 в

работах

[199'

396].

3ти

далет!о'

не

многочисленнь|е исследования свидетельст-

вуют

о больгшой

перспективностй применения силицирования

для

повь|1пения

корро3ионной

стойкости

вь|сокоо|егированнь1х

ста4ей в

ра3личнь!х

агрессивнь|х средах при вь1соких темпера-

турах. Ёапример, в

работе

[396]

установлено',

что силицирова-

ние хромоникелевой.

сталух

3А417 оказалось эффективнее хро-

мирования' алитирова|1||я

алюмосилицирования

для

защить|

ее от во3действия сред'.содер}кащих

!эФь.

3се покрь!тия' кроме

силицированнь|х' при испь|тании

течение 500 час в

контакте

{имический

состав,

пр\1ъес, е/'!2.час

}глеродйстая

!(ремнистая

Бысококремн|!с:

тая

.,,',.

)(ромистая'

Бысо*охромис_

тая

.':_''-];']

0, 15

0,!0

0;64

0, 30

4,87

14,67

0,40

0,30

0,80

о,37

0,43

5,49

17,0'

30,0

,36

0,30

'2,55

0,40

0,30

0,52

1 Аблица

197

аблцца

йарка

стали

Ёелезо

Армко

|х18н9т

еФ

ФЁ

2б

2о

б,4

8,5

10,3

'о

4,4

6,0

7,2

8,3

10,4

3,7

4,4

6,3

8,5

9,6

0,23

0,34

0,43

Ф'62

0,73

1,2

4,7

5,5

7,2

8,5

2,3

3,6

4,9

5,9

6,7

оо

2,4

3,8

5,4

6,5

о,27

0,28

0,30

0,33

0,35

7,1

912

13,3

15,8

17,5

7,о

8,6

15,4

19,2

!9'6

6,3

9,8

17,2

18,1

19,4

0,ю

0,33

0,43

0,45

35,0

53,4

62,6

72,0

80,0

з8' 3

49,2

Ф'1

68,4

75,3

37,5

43,5

48,4

52,9

4,1.

5,8

6,2

7,3

8,0

20,2

24,4

2б'6

'27,2

ю'0

15,5

22,8

29,3

з!

32,4

13,1

19,0

'о

22,о

22,5

0,7

0,9

1,2

1,6

2,0

14,2

27,6

38,2

47,6

56,2

|5,6

31,2

42,3

59,0

8,6

16,0

20,9

25,2

31,3

0,26

0,38

0,50

0,72

0,85

с золой, содерх{ащей 10

и 41,6?о

!2Ф5,

п!и

температуре 730'(

разруш!ились.

||олуненные

результать|

повволили авторам

[396] рекомендовать

-силццирование

для

защиты

направляю-

щих

лопаток

газотурбинных

установок

от коррозий

в среде

продуктов

с)кигания

топлив

с высоким

содер}канием

ва_

||адия'

/{ногочисленнь!ми исследованиями

установлено,

что

угле-

родисть1е

силицированные стали

могут

длительно,

работать

условиях

окислительного нагрева

при

800"с, а вь1соколегиро_

ваннь1е

нер}кавеющие стали

вплоть

до

1000

"€.

Фднако, общепринят'ое

мнение'

что

защитнь:е свойства

с|{л|{_

1(ированного

слоя

ре3ко

падают

при температурах

вь:гпе

800

'€,

по

всей

вероятности'

является

не совсем верным. Фазовый

со_

став' строение' концентрация

кремния в

диффузионном

слое

т.

А.,

8 следовательно'

и поведение

силицированнь:х сталей

оп_

ределяются

пре>кде всего

методом

ре)кимом

силицирования.

Ёа

рис.

приведены сравнительньте

данные

по

щаростойкости

198

силицированнь1х

ра3личнь|ми

методами

сталёй'

полностью

под-

тверх(дающие

вь1ска3 а нное

вь1 1|] е поло}кение.

у"становленная

работе

[202]

весьма

ре3кая

тенденция

сни)кению

защитнь1х

свойств

силицированног0

слоя с

повы|пе-

!|ием

температурь1

испь|тан1!я

(табл.

31) оказалась

нехарактер-

ной

д.тля

элек'гроли3ного

(спл.

та6л. 29)

)кидкостного

(спл.

та6л.

30)

силйцирования.

8сли степень

повь||шения х<аростой_

кости при электроли3ном

силицировании

остается примерно

одинаковой

(в

1,5-3

ра3а

по сравнению

с исходнь|ми) при

всех исследованных

темперацрах'

то,

при )кидкостном силиц].1-

ровании

набл:одается

обратная

установленно'й

работе

[202]

закономерность

степень повь|1:]ения >каростойкости

возрас-

тает

с повь|11]ением

температурь1 испь|тания.

Анализ кинетики

о,кисления

вь|сококремнистъ1х сталей пр:а

т'емпературе

1000

'€,

а так)ке полученнь1е

авторами

дан!!ь1е

свидетельствуют

о том' что силицированнь|е

углеродистые

ста-

ли

хотя

бьт краткоБременно

могут применяться вплоть

до

1000

"с.

Рис. 60. €равнительные

даннь1е

по жаростойкости. ста-лей, силицировапнь|х

разлинньтми'

методами

(время

испь|та1|ия 20

нас); 1-исходньте

несили-

цирова1!ные;

/^[

порошок ;крем}'ия

в атмосфере хлора,

1000'€

2 нас

|202|;

]|]

_60оь

смесц

(35%

5!с+65у0 \аэ$!9з)

*40о6

\а€1,

1000"с'

иас;

/7-раоплав

95%

}.{аэ5|Фз*5?о

\аР' 1050'с, 1 исс

электролиз

0,2

а|см2;

у_70оь

смеси

(65?о

эвтектики

(Р_]]аР*350/0

5|о'+300/0 5!с,

1050'с'

199