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

Подождите немного. Документ загружается.

5ф

\аоо

еоо

(ь

ёаш

.ё

ц)0

0,1

0,2

Расст0лнце

0т

1100ер'н0стц

Рис.

53.

|!зменение

микоотвердости

по

глубине

силицированных

45 а-расплав

о:о/о

5;оа+'5Ёй

ш;;о;';;;

шлиф.

|150"с.

расплав

ц\а:5!Фз,

1100.€,

3 чс3'

слоев

стали

\ пас;

б_

стали

концентрация

кремния

о,коло

107'.

(онцентрация

кремния

на

границе

ра3дела

составляет

3,4о|о,

'о

"рем"

как

граничная

концентрация

,кр'емния

при

т__с-превращении

6езуглеродисть1х

){(еле3окремнистьтх

сйлаЁах

райна^2,5о/,.

на-

личие

углерода

в сплавах

системь|

Ре-5!

прйволит

к смеще-

нию

граничной

концентрацииу-с-превращения

при

темпера-

туре

нась[щения

сторону

больцдих

содер)каний

йремния.

Бстественно,

что

изменение

условии

нась1щения

состава

стали

ведет

к и3менению

как

поверхностной

концентрации

кремния'

так

его

распределения

по'глубине

слоя.

Результать1

измерений

микротвердости

силицированного

слоя

на

обрззт!ах_с

переменным_содер>канием

углерода

на

рас_

стоянии

0,02_0,03

мм

от

поверхности

характери3уют

и3менение

поверхностной

концентрации

кремния

в 3ависимости

от

содер_

)кания

углерода

стали.

(ак

видно

и3

рис.

54,

поверхностная

микротвердость

силицированного

слоя'

следоват,ельно'

160

300

8ъчр

$ся

'о

ЁпЁ"

оо(

""4ъ;

|в

Р'"|Ё

--3'*\

[Ё

концентрация

кремния

растет

увеличением

содер)к_а-ния

угле-

рода

ётали

при

одинаковь|х

условиях

нась1щения.

14зменение

условий

нась1щения

так.?{(е

ока3ь|вает

значительное

влияние

!{а

по'верхностную

концентрацию кремния.

|(ак

бьтло

показано вы!пе'

и3

исследованных

легирую1]ди'{

элементов

только

никель

способствует

сни)кению

глубиньт

силицированного

слоя.

Бьтзьтвает

существеннь|и

интерес

во'прос

распределении

кремния

легирующих

элементов

по

глу6ине

силицированнь1х

слоев'

на сталях'

легированнь|х

раз-

личнь|ми

элементами.

распределении

кремния

по глубине

силицированного

слоя

мо)кно

судить

по

даннь1м

изме}]ения

микротвердости'

если

допустить'

что

микротвердость

к!емнистого

феррита

опреде-

ляется

основном

содер}канием

в нем

кремния

(по

данньтм

А.

||. |уляева

Б. |1.

Рмелиной

[291]'

твердость

феррита

мало

изменяется

случае

легирования

его

вольфрамом,

молибде-

ном'

никелем'

марганцем,

хромом

в неболь1пих

колич'ествах)

Ёезультаты

спектрального

анал\43а

на содер}кание

крем_

ния'

проведенного

на косьтх

гплифах

силицированнь:х

образшов

среднеуглеродистьтх

легированных

сталей'

представлен!{ь|е

та6л.

23, хоро1по

согласуются

даннь|ми'

п^олученнь1ми

при

и3мерении

микротвердости

по глубине

слоя.

3начения

гранич_

ной

концентрации

кремния

при

т-с'-превращении

во

время'

нась1щения

(тонки

йерегиба

на ко|нцентрационнъ1х

кривь:х)

получень1

из

данных

измерения

микротвердости.

1(онцентраци5!

€

ёяа

!ь

.в

700

300

0ц1 о,8р

с00ер;*анав

уалеро0а,7"

Рис. 54.

Блияние содержания

углерода

в силициРуемой стал-и

ц1^микР^о-тР9ц_

дость

слоя:

_элекфолизноё

силиц:аРование

(расплав

\а^'919.,_ 1959'с'

пао, 0,20

а|см2);2

>кидкостн99

си4иццр9вание

(расплав

3б0/о !'{аэ5!Фз*

15%

51с+289]

'шас:+:я07о

Ба€1:, 9ю

т;

нас)1 3

сиццшир9вание-в

по_

роп:к.ообразной'омеси

(85о/9

-и75*10о/о

шамота*5о/о

|х.н4с|'

1000'€,

исс1

11.

3ак.

161

!1,

200

800

рассг0'н!!с

ог

Рис.

55.

Раёпределение.

кре_мния

и легирующих

элементов

по

глубине

сил:г_

цированного

слоя:

с:

.в-стали

+оЁь;

)

__ш!_;;;;;;

40Ёъ;,,{-*в;

стали

40112;4_ш|

в стали-4-0}|2_:6:

1_[.{{"

стали

40!+42;2_5|

в стали

40!у42;3_5!

встали40

0,10

дФ

оо

*3.

вп

9х

'-о

дФ

д ц+

ьФэ,

о о:\

Ё!

39ч

Фх.

ьтв

о6о

оов

у!9

адч

а6

лцца

(онцентрацпя

кремния

на

расстоянин

от

поверхности'

''и

€

40в

40в2

40х

40х2

40н

40н2

0, 11

0,12

0,125

135

0,150

|ю

280

210

2о0

2ю

27о

340

380

3,4

!,0

1,0

2,3

2,8

5,2

6,3

13,

12,5

13,

12,8

12'о

12,3

12,8

0,05

12,2

7,3

6,9

6,8

6,4

11,!

10,2

6,5

2,4

2,5

,.'

3,3

8,8

7,6

0,57

0,71

0,62

0,37

0,65

з:

0,48

'42

0,37

0,45

0,33

0,48

;'рр

0,74

0,59

0,83

0,57

0,64

4'о

2'о

1|:ч","

на

поверхности

образцов

составляла

\2-\3.407^.

€ле-

дует

отметить'

что

при

одийаковой

глубине

слоя

"*.Б.Ёй

*',-

центрация

кремния

распространяетс;

на

боль1'шу;

.;'ъ;"у

нелегированной

среднеуглеройстой

стали

сталей'

легиро_

ванных

никелем'

по

сравнению

со

сталями'

легированнь!м1'

м_олибденом'

вольфрамом

и хромом.

5'"

_.'.дй*{"йй,'...,

при

вь]боре

марок

сталей

для

изготовления

детайей,,пБлв"фга-

емых

силициров'а

нию'

предна3наченных

д,т:я

определ

еннь|*

!.'н-

крегнь|х

условий

работй.

162

а6лица

концен-

трация

легир}!о_

щего

элемента

исход_

ной

ста-

ли'

0,84

,76

0,33

0,62

0,90

2,04

(онцегпрация

легирующего

элемента

на

расст6янии

от поверхности

шм)'

0,25

40н

4оъ12

40м

4ом2

40х

40х2

!50

130

'120

!50

'125

0, 135

'71

,58

0,30

о,47

1,27

1,96

0,75

1,5

0,38

0,62

!,05

2,14

0,94

,68

0,28

0,56

0,90

2,11

о,79

1,99

0,22

'47

,88

0,45

,50

0,35

0,56

,16

,90

0,72

1,82

0,38

0'Ф

0,88

,96

Б табл.

24 приведены

ре3ультать|

исследоьания

распределе-

ния легирующих

элементов

по

глубиц{е

сили'цирован-нь|х сло|ев

на сталях'

легированнь1х

никелем' молибденом и

хромом'

про-

веденного

на поверхности

косых |]]лифов. |1олуненные

даннь|е

свидетельствуют

том' что перераспределение

легирующих

элементов

ме)кду

слоем и

сердцевиной

при

силицирова|!|1|4

||с-

следованнь|х среднеуглеродисть[х

сталей, очевидно' не

проис-

ходит.

Аналогичнь|е описаннь1м

вь1ше

результать|

получены и пр1{

)кидкостном

силицировании в

расплаве

(95?0

3а€1э*50/о

\а(!)+100/0

1(аси

(|=.1100"с,

т:6

цас).

Ёа

рис.

55,

а, б

приведень|

результать1

послойного

(нерез

мк) епектрально-

го анали3а на содер}кание кремния и легирующих элементов.

€одер>кание

кремния на поверхности сталей,

легированнь]х

никелём и кремнием' составляет около 80/о, на поверхности

об-

Раз|{ов

сталей 40, 40м- окол9 5,|о. 3ьтсокая

концентрация

кремния

распространяется

на боль1пую

глубину

у"среднеугле-

родистой

нелегированЁой

и легированной никелем

сталей по

сравнению

со сталью' легированной молибденом. 3начительно-

го перераспределения

легирующих элементов ме}кду слоем

сердцевиной не обнару}кено.

}становлено

некоторое

умень11]е.

ние

содер)кания никеля в силицированном слое.'

ш.

глАвА

стРоЁниБ

силициРовАннь!х

слоЁв

нА

стАлях

ААеханизм

и кинетика

ди+*узи|с

при

о6разовании

силициРованного-

слоя

Результать:

.''11-1г9"'

н|4я

стал\-1,

(скорость

процесса'

стро-

е^ние

слоя'

концентрация

кремния

покрьттии

{р.)

''р.де'''_

ются

перву}о

очередь

9леА}ющими

факторами:

--_

дви)кущей силой

лиффуз-ии

кремния

в ёталь

Аиффузион_

ного

перераспределения

легирующих

элементов

при

силициро_

вании;

последовательностью

этапов

пРоцесса

лиффузионного

на-

сьтщения

соотнотшением

скоростей.

их

прохо}кдения;

механи3мом

лиффузии кремния

слос!

подслоййой

зоне;

_ _

характероц

зависимости

концентрации

кремния

слое

от

расстояния

от

поверхности

металла

и'влия\1иём

условий

насьт_

щения

на эту

зависимость;

свя3ью..ме}кду

механи3мом

диффузионного

нась1щения

структурой

получаемого

слоя.

-|1рех<де

всего

необходимо

от'метить'

что

д.ви}кущей силой

лиффузии вообще,

и при

химико_"ер*',"сйЁй

6о]18'"*"

частности'

является

не

градиент

концентрации

диффундирую_

щего

компонента'

а градиент

его

химического

потенциала.

т.

е.

парциальной

свободно'й

энергии

[237].

Ёапример,'

йБй_Ёй.!"ц'_

ровании

оттеснение

углерода

из

растущего

слоя

про,исходит

направлении

от

малоуглеродистых

объемов

к вь:сокоуглероди-

сть1м'

т.

е.

перемещение

углерода

идет

в направлении

пойих<е-

ния

его

термодинамической

активности.

||рининой

по",'й""'"

термодинамической-

активности,

вьтзь:ваБщей

,о-*'д"щу'

лиф.фузию,

мо>л(ет

бьтть

не

''',.о

"'','""

третьего

компоне!{-

1а

(кремния

в сплаве

Ре-€),

!е*..р|турный

фййй."'.

1аким

образом,

в и3вестньтг

диффузйоннйх !аконах'Фиц'

бл ьгш

а во

дол

;кньт-бьт

лп'

б[[

ф;;йй;;"

;;

;;;;;^-.;р,

ции'

парциальнь1е

свободнь:е

эг|ерЁии,

первоначальцом

виде

законьт

Фика

применимы

ли.пь

для

двухкомпонентнь|х

систем.

164

Фпределение

этапа

химико-термической

обработки,

проте-

кающего

наимень1пей

скоростью,

имеет больтпое

(если

не

определяющее). знанеЁие

при

разработке

путей

ускорения

про-

цесса'

зачастую

улуч1пения

качества защитного покрь1тия.

роли

ра3личнь1х

этапов

получения

лиффузионного

слоя мо';к-

но

судить по

виду

графияеской

зависимости

распределения

концентрации

нась1щающего

элемента по глубине

лиффузион_

ного

слоя'

так)ке

по

результатам

некоторь|х прямь|х

экспери_

ментов.

Ба>кная

роль

в скорости

процесса насьтщения

принад-

ле}кит

мощности

диффузионного

источника.

Авто'ры

|292]

указь1вают'

что в

больгпинстве

работ,

рассматривающих

влия-

ние

ра3личньтх факторов

на скорость

диффу3ионного

нась1ще_

1{ия' принимается

3а аксиому

бесконечно больтпая 1\{Ф]{!Ф€1!:

лиффузионного

источника: считается' что приток нась1щающе_

го

элемента

и3 активной средьт

(особенно

в случае'

если она

газообразна)

бесконенно

бьтстр

в сравнении

со скоростью ог_

вода элемента

в глубь металла

лиффузионнь1м

путем] Б

связи

с этим

работе

[293]

справедливо отмечается'

что

довести

концентрацию нась1щающего элемента на по'верхно'сти

раздела

среда

металл

до

100о/0

(и

тем

более по,стоянно поддер)к}1-

вать ее

на

этом

уровне)

невозмо)кно,у)ке потому'

что

конце(|-

трация

действительно

активного

(в

состоянии

<<в

мо'мент полу_

нения>>) элемента намного ни)ке

его полной,

<<аналитически)>

устанавливаемой

концентрации.

Бсли )ке

еще

и процесс

диффузионного

отвода в

глубь

металла'протекает столь

бьтстро, что о,ка3ь]вает влияние

1{а

концентрацию элемента на поверхности

ра3дела' умень1пая

ее'

для

больтпинства практически ва}кнь|х

случаев необходимс:

.считать'

что количество вещества' протекающего чере3'

границу

ра3дела

единицу времени' обратно

пропорционально

ра3нос-

ти ме)кду

предельно

дости)кимой

на

данной

поверхности кон-

центрацией

фактинеской

ее

величиной. йсходя

и3 этого,

ав-

торьт

[293] рассматривают

три

возмо}кных варианта

распре_

деления

нась|щающего

элемента

по

глубине

слоя:

а)

мощность

источника существенно превь|1пает во3мо}кно-

сти

диффу3ионного

отвода; в этом

случае происходит накоп-

ление

лиффунлирующего

элемента

слое'

распределение

его

концентрац|1и

по

глубине

слоя опись1вается кривой

с пере-

гибом;

б) имеет место

равновесие

в!;етшнего

внутреннего

диффу_

зиокнь1х потоков;

распределение

концентрации

опись|вается

прямой

линией;

в)

возмо>кности

лиффузионного

отвода

превосходят мощ_

но,сть

источника'

при этом концентрация нась|щаемого

элемен_

та

на

поверхност|{

металла остается постоянной

(сних<ения

ее,

как

правило,

не происходит)'

а изменение концентрации

по

глубине

опись]вается

во,гнуто'й параболой.

165

|{оследний

слунай

характерФ{

обь:чно

не

для

поверхност|{

ра3дела

металла

и активной

средь1

(медленно

насьтйающие

средь!

не

находят

11]ирокого

применения),

дпя

пове0хности

раздела

дв-ух

фаз

внутри

слоя.

Бсли

л,'ля

фазы'с

м"",#ей

ко,-

центрацией характерна

очень

вь!сокая

скорость

отвода

нась1-

щающего

компонента'

это

мо}кет

привести

постепенному

сдвигу

границь|

ра3дела

фаз

сторону

поверхности

металла'

т.

е.

лиффузиодному

рассась|ванию

фазьт

более

вьтсокой

концентрацией.

3то

имеет

место'

например,

при

диффузион-ном

от}киге

слоев

ал|оминида

)келе3а

Ре2А|5, постепе[{но

превраща-

ющегося

в твердьтй

раствор

ал}оминйевь:й

феррит.

Ёеобходимо

обратить

внимание

на

1Ф,

,'Б

д1'ффузион1нь!х

ист'очников

постоянной

мощности

на

практике

вообйЁне

суще-

ствует

|29+];

если

бь: через

границу

раздела

двух

фаз

дифф'_

зионного

слоя

вь;соко-

и низкоконцентрированной

в еди-

ницу

времени

диффундировало

0динаковое

1количество

нась|_

щающего

компонента,

.неизбе>кно

бьтло

бьт накопление

его в

глубоко

ле}кащих

объемах

диффузионного слоя'

т.

е. непре-

рьтвное

увеличение

относительной

толщинь1

ни3коконцентриро_

ваннь1х

фаз.

действительности о,бь:чно

имеет

место

обра}ное:

например'

увеличение

продол}(ительности

борирования

прив0-

дит

к повь11пению

объемной

доли

вь|сокобористой

6азь/

РеБ

слое.

3то

указывает.

на

31{ачительную

замедленность

пРоцес-

са

твердофазной

лиффузии.

}становлен

параболинеский

характер

зависимости

глуби_

ньт

диффузионного сл0я

от

продолйител|ности

процесса

г2ь5].

3то.так>ке,

по

мнению

автор1

[296],

исчерпьтвающе

дока3ь|ва_

ет'.что

лимитирующей

стадией

процесса

такого,

рода

является

лиффузйонньтй отвод

нась|щающего

элемента

глубь металла.

(освенньгм

дока3ательством

этого

}ке

поло>кения

являются

даннь|е

работ

[296-299]'

опись|вающих

сравнительно

редкие

случаи

не

параболипеской,

а прямолинейно*

временной

зави-

си1\1ости

глубиньт

слоя.

Авторам

[298,

299]

извеётен

ли1ль

один

механизм

во3никновения

такого

р0да

3ависимости:

наличие

лиффузионном' слое

механически}с

дефектов

сквознь|х

по.р'

что

обеспечивает

практически

полное

подаьление

внутренней

лиффузии

и абсолютное

преобладат{ие

лиффузии

.оЁерхност-

ттой:

по поверхностям

пор и

поверхности

!:66лела

сло#

"е-

талл.

Ёасьтщающий

элемент

при

этом

прайтинески

$еспрепят_

ств'енно

доставляется

на

упомя;!{}т}|Ф

поверхность'

поверхно_

стньтй

слой

новой

фазы

ооразуе!сй

не

столько

в металле

(нто

имеет,

например'

место

при

бориро,вании

ил:,г| сил\4цировани|1'

когда

получение

слоя

в \00

мк

глубиной

сопрово}кдается

уве_

личением

вне|1]}{его

ра3мера

детали

на \0

мк

и менее)'

сколько

на металле

работе

[297]

приводятся

1'*",,.,

показь|вающие'

что в

ряде

случаев

скорость

лиффузии

нась]щающего

элемента

[66

сквозь

слой

настолько

велика'

что обеспечивает

линейньтй

характер

временной 3ависимости.

3то имеет

место,

например'

при

сульфидировании'свинца.

Авторьт

[297]

оговариваются'

однако'

что' хотя

Аиффузия

серь]

в )кидком

виде

к поверхнос'1'}1

ра3дела

Рь-Рь5

невозмо>кна'

скор_ость

7'иффузии

активной

атомарной

серь|

в монокристалле

Рб5

весьма

мала

и была бы

не в состоянии

обеспечить

г1олученную

на.

практике

кинетику

нась|щения. Фстается

ли11]ь

предполо>кить' что

пиффузия

со

столь больгшой

скоростью

протекает

не по телу'

а по

границап1

столбчатого

зерна

Рб5, играющим

роль

пор.

Аля

силицирования сталей

характерно

образование

в слое

весьма

круг1но3ернистого

феррита,

скво3нь|е порь| в

нем отсут_

ствуют' а

роль

границ

3ерен как

<<трубок

лиффузии>

не мох(ет,

по-видимому'

бьлть

превалирующей

вследствие сравнительно

малой

величин.ы их суммарной поверхности.

Рсли при

этом

кинетика

силицирования опись1вается

зависимостью'

близкой

к линейной,

это слу}кит

доказательством

лимитирующей

ролтт

!оступления

атомов

кремния

и3вне в

диффузионную

зону

[296].

3ависимость

глубинь: слоя

от темперащрь|

так)ке не

совпадает

при этом с

температурно'й зависимостью

коэффици_

ента

диффу3ии

нась|щающего

элемекта

в слое. ||ривинами,

не-

посредственно приводящими

к линейной

кинетике'

могут

быть:

сла6ая мощность

диффузионного

источника',

не

обеспечиваю-

щая

нась|щение

адсорбционной

зоны

активным

элементом

достаточной

концентрации,

наличие

на

поверхности

металла

тонцого

слоя

фазьт,

труднопро'ницаемой

дшя диффу3ии.

|1ри

газовом нась|щении

стал|\

любьлми

элементами,

ло

даннь|м

[296]'

линейная кинетика

всегда

имеет место

в }{а-

чальной

стадии процесса,

когда

процесс аАсорбции

протекает

медленнее'

нем

диффузионный

отвод в твердой

фазе.

Р1з сказанного

следует'

что в

подавляющем

больгшинстве

случаев

при получении

плотных'

имеющих

вь|сококачествен_

ную структ}Р}

лиффузионнь!х

слоев'

и использовании

мощнь|х

диффузионнь1х

источников

лимитирующей

стадией

процесса

лиффузионного

нась11це'ния

явл,яется

твердофазная

лиффузия.

Ёеобходимо

поэтому особо

остановиться на имеющихся

дан-

нь1х о

механизме этого т|роцесса

и о его непосредстве}{/[1ом

результате-определенном

характере

распределения

нась|-

щающего

эл'емента

по глуби'не

лиффузионного

слоя.

Ёе возникает

сомнений

в том, что

из трех во'змох{ных

меха-

низмов

лиффузии

обменного'

по ме)кдоу3лиям

вакансио|{-

ного

[300]

практически

реализуется

при о6разовании

диффузионнь1х

слоях

растворов

замещения

и соединений

лиш.ть

последний

вакансионннь:й

механи3м.

литературе

послед-

них

лет

практически

отсутствуют

данные

о механизме

диффу-

зии

не

твердь|х

растворах'

а в металлоподобньлх

фазах,

обра_

зующихся

при многих

методах

химико-термической

обработки.

167

Б частности'

возникло

противоречие

ме}кду

основнь|м

пол0)ке-

нием теории

диффузии

(о

том,

что

перепад

химических

поте!{_

циалов'

вь]3ь1ваемь1й

большинстве

случаев

наличием

концен-

трационного

градиента'

является

дви>кущей силой

лиффузион_

ного

потока)

отсутствием

областей

гомогеннос'и

(с6!',с,о

диаграммам

состоянйя)

многих

металлоподобных

фаз,

существующих

слоях.

!ыход

и3 этого

противоречия

мо)кно

найти

данньтх

рабо-

ть:

[301],

авторь1

которой

установили'

что величина

коэффп_

циента

гетеродиффу3ии

углерода

структуре

карбида

&1о2€

'при

цементации

металлического

молибдена

более чем

на

два

по'рядка

превы!шает

коэффициент

самодиффузии

углерода

равновесной

структуре

того

л<е карбида.

€о|йасно

диафамме

состояния

системь|

молибден

углерод,

}1оэ€

область:огомо-

теЁности

не обладает'

однако

полученное

ра3личие

мо>кно

объ_

яснитьлишь.отклонением

строения

металлоподобной

фазь:

сло,е

от ее

<<идеального,)>

строения

равновесном

состоянии'

'именно

во,зникновением

при

образова\1|1и

фазьт

слое

ре3ко

повь1шенной

концент'рации

вакансий

определенных

кристал_

лографинеских

направлениях

плоскостях

[301].

1акий

обра-

3ом, необходимость

диффузии

нась1щающего

компонента

скво3ь

структуру

металлоподобной

фазьт

создает в

ее слое

перепад

концентрации'

отсутствующий

равновеснь|х

услови_

ях.

_1(

со>калению'

для

таких вах{нь|х

методов

химико-термиче-

ской

обработки'

свя3аннь|х

с вовникновен,1ем

в слое мет'алло_

подобньтх

фаз,

как

хромирование,

борирование

силицирова-

ние'

отсутствуют

экспериментальные

даннь|е'

которь1е

подтвер_

дпли

бьтизло)кенное

предполо)кение.

|[о-видимому'

перепад

концентрации

этом

случае весьма

мал

(Ао

десять]х

долей

прошента)

и- трудно

уловим;

на его

существование

ука3ь1вает

сам-факт

образования

многофазного

диффу3ионного

слоя.

|!риведеннь|е

вь|1ше

рассу)кдения

делают

закономернь|м

вь1вод

о том,

что

распределение

ваканеий

структуре

фазьт,

к0торую

пронизь1вает

диффузионньтй

поток'

не

мо}кет

бьтть

слунайнь:м.

|{о-видимому'

флюктуации

вакансий

слух<ат

<<трубками

лиффузии>

располагаются

3аконо,мерно

относи-

тельно

вектора

лиффузионного

потока. 14менно

этим

мо)кно'

например,

объяснить

ра3личную

орие}1тировку

текстур

крем_

чц9|9го

}келеза

при и3менении

температурь1

горяней прокатки

[302]:

по-видимому'

повь|шение

температурь|

и3меняет

ориен-

тировку

}{аправления

наилегчайтшей

лиффу3ии

кремния

фер_

ритной

структуре.

настоящее

время

изучено

влияние

на скоростъ

диффузии

значительного

числа

ра3личнь1х

факторов.

Р четкой

форме

ос_

новнь|е

и3 этих

3ависимостей

сформулировань|

Б.

Бугако-

вьтм

[300].

Ёезависимо

от механизй'а-лиф6уз|1и

г]а

ее с'6рос',

влияют следующие

факторь:.

168

1. Ёаправление

осей

кристаллинеской

ре!|]етки

3ер[1а

ме_

1алла.

|1о

данньтм

[300]'

коэффициент

диффузии

практическ1{

является

векторнь1м

свойством

структурь|

(подобно

многим

другим

физинескйм

свойствам) в

сингоциях

средней

катего_

рии.

Ё1айболь|пая

скорость

диффузии

при эт0м

обеспечивается

симметрично

равнь1х

направлениях'

параллельнь1х

плоскост1'1

(001)

гексагональной

систёмьт

координат.

Фднако вь]1пе

тем_

пературь|

рекристалли3ацу1|1

ани3отропия

лиффузии

утрачива-

ется

и в низкосимметричнь|х

структурах.

Б кубинеских кр!{_

сталлах

анизотропия

коэффициента

диффузии

отсутствует.

1аким

образом,

для

силицирования

этот

фактор

значения

не

имеет,

3а

исключением

редких

случаев

получения

в слое

си!'!и'

цидов

}келеза:

гексагональной

фазы ц

и тетрагональной.е.

(оэффициент

диффузии,

в основном

определяющий

ее

скорость'

есть

свойство

структурно-чувствительное.

|1о

данньтм

[300],

мех<лу

|в

и 1/7

сушлествует

прямая

пропорщи)я;

коэф_

фипиент

этой

пропорции

для

ра3личнь]х

величин зерна

метал-

ла

различен

увеличивается

по мере и3мельчения

3ерна.

Ба>кную

роль

играет

3ависимость

коэффициента

диффу-

3ии

двухкомпонентной

системе

от концентрации

диффунли_

рующего

компонента.

3 общем

случае

концентрацио1]ная

3ав}!-

ёймость

коэффишиента

дифф}3ии

вь1ра)кена

слабо, если

диф-

фунлируюшие

металлы близки по

свойствам,

достаточно

резко,

-,если

они

обнарух<ивают

малое сходство

[303].

||ри силишировании'

исхо'дя

и3 приведенно'го

вь11пе

утвер)к_

дения'

следует

о}кидать

весьма существенной

зависимости

ве_

личинь1

коэффициента

лиффу3ии

кремния

кремнистом

фер_

рите

от концентрации

твердого

раствора

4. Фсобое

внимание

автор монографии

[300]

уделяет

про_

цессу

реактивной

(реакционной)

диффу3ии'

играющей опреде-

ляющую

роль

при

химико-терминеск9й

о'бработке.

|!од

реак-

тивной

диффузией

по!}имается

не прцесс

увеличения

общего

числа

фаз

(например'

распад

аз0тистого

мартенсита

при

а3о_

тировании >келеза)

при охла)кдении

у)ке

полученного

слоя,

процесс образования

новой

фазьт

при соприкосновении

дву.к

элементов

нась1ща1ощего

нась1щаемого.

Фсно'внь1м

поло-

х(ением

теории

реактивной

диффузии,

по

мнению

Б. 3. Бугако-

ва' является то' что

диффузионньтй

сло'й не

дол)кен

представ_

лять

собой

точньтй

<<поперечнь|й

срез>>

диаграммь|

состояния

взаимодействующей

[арь1

элементов: в

слое

дол>кна

образовьт_

ваться в

первую

очередь

та

фаза,

которая

обладает

наиболь-

тпей теплотой

образования.

Ёа первьтй в3гляд' это

поло)кение

справедливо и

да}ке'подтвер}кдается

рядом

экспериментов:

на_

пример' при алитиро'вании

)келеза в активнь1х.

нась]щающих

средах

(расплав

алюминия

добавкой

>келезной

стру>кки)

диффузионнь:й

слой

состоит почти

исключительно

и3 наибо-

лее

прочного

соединения

РеэА15.

169

Фднако

поАРобное

изучение

лиффузионнь|х

слоев

на

ста_

лях'

подвергав.пихся-

нась|щению

мй6гими

элементами'

приво.

дит

нас

вь|воду-

об

отцибочнос1'и

этого

3аключения.

й. д'

т(ригцтал

и А.

Ё''

|!1ин*'"",

|2й,6о+з"уйй;"Ёж

..1"

,'-

:у'::-1:'

весъма

устойнивой

(наиболеё

усто*ниво#

!,""'*

сис'|'еме,

Фазь1

на

поверхности

диффузионного

слоя

часто

тре_

буется

со3дать

концентрацию

нась1йающего

элемента'

превос-

::{:1{ч :"дерх(ание

его

менее

концентрированньтх

фазах;

::Р'-':::3,]_е

их

при

этом

неизбе)кно.

1(ачествённо

диффузион-

нь1и

слой

представляет

собой

точнь:й

<<поперечнь|;л

ра!рс!з,

со-

ответствующей

диаграммьт

состояния'

причем

ка}кдая

фаза

слоя

структуре

мо)кет

граничить

лишд|

фазой,

''}ор,"

"'_

ходится

равновесии

ней

согласно

диаграмме.

состояния.

€

другой

сторонь|'

пр-ослойки

''д.й!й,,*'

ф;;

;о"ут.

.-йй'"",

столь

малую

долю

6$тцей

глубиньт

слоя,

нто

'рулом

обнару-

)киваются.

металлографинеским

анали3ом

и п[актинески

не

влияют

на

рабоние

свойства

слоя.

Ёапример,

н!м"

бьтл!уста_

новлено'

нто

рабоние

свойства

алитированного

слоя,

полунен-

}{ого

на

углеродистой

стали

_в

распл!ве

алюминия'

определя_

::т ху:::*_1

фазь:

Ре2А|5,

составля'щ.й

вбъБ

!!у:о"",'

слоя.

9днако

ме}кду

серА\евиной

детали

алюминидным

сло-

ем

имеются

прослойки

всех

фаз

более

низкой

конценйцией

алюминия'

существующих

ме}кду

Ре

и Ре:А1э

со"''""о

диаграмм9 состояния

этой

системь:.

^-А-тР:]

305]

гст.а

уовили'

что

на

пр а

вление

преимуществе}|-

г1ои

реакционной

диффузии

(металла_в

неметалй

или

неметал_

:1_-1-_ч_."'''л)

определяется

долей

наиболе"

,р',й'а-_й'"'-

лентной

связи

образующихся

фазах.

йначе'гов'р",

"!!.*'-

3ь|вается

мнение,

аналогичное

поло>кению

а"то}а'

1збо1,

приводив]1]емуся

вь|1пе:

основную

объемную

долю

слоя

дол>кна

составлять

фаза,

облацающая

силу

уланного

-'й{'"'"

различнь|х

типов

ме>катойньтх

связей

наиболь:пей

теплотот]

образования

соответственно

наиболее

вь:сокой

**",,".'--й,

химической

термической

устойнивостью.

€ледует,

'!],*''

еще

ра3

подчеркнуть:

обязательнь1м

условием

вь]полнения

этой

весьма

ва>кной

для

практики

закономерности

является

мощ-

гтость

диффу3ионного

источника'

безусловно

превосходящая

возмо'{нос_ти

диффузионного

отвода

нась!щающего

компонен_

та

при.диффузии

его

скво3ь

любую

фазу.

[иффузионные слои'

получаемь|е

при

больт'шинстве

видов

химико-термической

обработки

настоящее

время'

представ-

ляют

собой

ре3ультат

реактивной лиффузии'

"'йй,Бщ".'

элемента

многофазной

системе.

!,ах<е

если

рассматривать

механизм

этого

процесса

локально

на

границе

раздела

ка-

ких-либо

двух

фаз'_

необходимо

учи{ь1вать'

.что

ходе

про-

цесса

имеют

меёто

следующие

этапь|

[30?]:

17о

.1ъ

а)

диффузия

нась|щающего

элемента

направлении

гради-

ента

концентрации

(совпадающего

данном

случае

по

смь|слу

с градиентом'парциалрной

сво,бодной энергии)

;

б)

встренная

диффу3ия

нась1щаемого

металла

(а

иногда

двух

элементов'

например

при

хромировании

углеродисть1х

ста-

лей

>келе3а

углерода);

интенсивность

встречной

диффузии

.углерода

при

хромировании

мо>|{ет бь:ть столь

велика'

что

да}ке

стали с 0,

1-0,2$

€

при^

н-асы1д,ении хромом со3дается

на

поверхности

карбиднь:й

слой

[308];

в) хйминеская

реакция

на поверхности

раздела фаз;

г) перекристалли3ация

на этой поверхности:

увеличение

объема

одной

фазь:

за

счет объема

другой.

.Результат

всех этих процессов,

протекающих на

границах

ра3дела ра3личнь|х

по природе

фаз,

разнь1х

температурно-

временнь1х

условиях

при

разлинной

мощности

диффузионно'

го источника'

в настоящее

время' по-видимо'му,

не мо)кет бь:ть

предсказан

общем

виде. |!ервь:м прибли>кенйем к

объясне-

нию

условий

полунения

оптимальнь:х

диффузионнь|х

слоев мо-

гут

слу)кить имеющиеся-даннь1е

о причинах во3никновен!1я

определенного

характера

распределения

концентрации

диф-

фунлируюшего

элемента

по глубине слоя.

Фдной

и3

вах{нь|х

работ

по теории

реакционной

диффузии

в многофазном

диффу3ионном

слое

является статья

[309].

Авторьт

ее'

создав

общую

математическую модель одной

из

фаз

многофа3ного слоя'

являющейся

диффузионнь1м

источн!'1-

ком по отно1пению

к глуб>ке ле>кащей

(менее

концентрирован-

ной)

фазе

в свою

очередь

исполь3ующей

вьттше лех<ащую

(бо-

.[!ее

концентрированную)

фазу

как

диффузионнь|й

источник'

приходят

(

следующему вь1воду: кривая

распределения

кон-

центрации

нась1щающего

элемента по глубине

диффузионного

слоя во всех случаях

долх{на

представлять

собой ступенчатук)

параболу.

Бертикальная часть ка>кдой

<<ступеньки>>

отвечает

перепаду

концентрации в

двухфазной

области

соответствую-

щей диаграммь1

состояния

(в

слое

эта область,

естественно'

отсутствует), а параболическая

часть' прибли>кающаяся

к го-

ризонтали'

опись1вает

изменение концентрации

в пределах од-

нофазной

области. ||ри этом

принимается

3а аксиому, что

не3ависимо от природы

фаз

слоя

(тверльтй

раствор'

соедине-

ние'

сверхструктура) в

пределах

их прослоек

долх(ен

иметься

перепад

концентрации лп6о

<<до3воленньтй>>,

либо

<не

дозволен-

ньтй>>

равно'весной

диаграммой

состояния'

т.

е.

образованньтт!

путем создания

дефектной

структурь1

твердого

раствора

вь]-

читания.

Фдним

из

основнь|х

поло'>кений

работьт

[309]

является сле-

дующее:

поскольку

лиффузионньтй

пот'ок,

проходящий скво3:,

фазу

слоя, имеющую

<<в

идеале)> постоянньтй

состав' пропор-

ционален

произведению

коэффициента

диффузии

на перепад

171

концентрации

пределах

фазы,

малое

значение

этого

перепада

дол)кцо

компенсироваться

больгшой

величиной

Р. йз

с*Ёза"н'_

го

следует'

нто

диффу3ия

скво3ь

плотнь|е

структурь1

мет'алло-

подобнь:х

фаз,

по_видимому'

не

мо>кет

б'";

ьаь;;Ё;;;';",'-

средственно

вакансионнь|м

механи3мом:

дол}кнь1

существовать

<<трубки

лиффузии>,

объеме

которьтх

величина

у'"л',е"а

на,не:ко_/1ь]{о

порядков

по

сравнению

со

сРедним

значецием.

г,ще

Бугаков

ука3ьтвал

[300]'

нто

роль

<<трубок

диффу-

зии)>

могут

играть

соответствующим

о'бразом

ориентированнь]е

границь|

3ерна

поликристалла.

'' ^

--х::]^

13-{

и_,_1е

1г

алиента

-концентр

ции

в нутри

ках;дой

аз-

нои

ооласти

является,

как

было

по,ка3ано'

о6язательнь1м'

кон_

центрации'

на

границах

разделах

двух

фаз

и3меняются

в.

про_

цессе

роста

лиффузионного слоя

столь

незначительно'

что

практически

могут

считаться

по'стоянньтми

[310].

14менно

это

является

прининой

параболинеского

характера

зависимост|{

глубиньт

слоя

(ка>кдой

фазьт)

от продол)кительности

нась|ще-

ния.

1ак

как

дви)кущей

силой

лиффузиии является

гРадиен,г

ас

;-.'

пРи

постоянной

величине

перепада

концентрации

Б€ и

воз_

ах

раетании

величиньт.Ах

(глубиньт

слоя)

приращение

этой

глуби_

нь| в

единицу

времени

дол)кно

непрерь1вно

умень||]аться

[31

1].

Р.

и.

АР}з,'*,

пр-ои3водя

дальЁейшее

уточнение

полох<ени:}

работьт

[309]

[312,

313],

приходит

к следующему

вь1воду:

на

кривой

распределения

йонцентРации

по

.луб'"е

та*

>*"

,е-

возмо)кнь1

<<чисто

вертикальнь|е>>

участк11'

как

<<чисто

гори_

3онтальнь1е>>.

}{аличие

<<чисто

вертйкальных>>

участков

предпо_

лагает

полную

пространственную

нег{одви)кность

фазовь!х

гра-

ниц'

при

этом

предполагается'

что

в единицу

времени

через

единицу

по'вер*но'сти

<<верхней>

границь:

фазьт

проходит

такое

)ке

количество

атомов

нась1щающего

компо'нента'

как

через

поверх!{ость

<<них<ней>>

границы'

т.

е.

фаза

играет

роль

своего

рода

мембрань1'

не

изменяя

объема

в6

времени.

да>ке

есл}|

оставить

стороне

вопрос

о том'

что

поверхность

<<верхней>>

границь|

любой

фазь:

слоя

не

мо}кет

не

превосходить

поверх-

ность

<<ни)кней>

границьт'

полная

локали3ация

поверхностЁой

реакции

преде-лах

одной

пло,скости'

по-видимому,

йево'змо,х<-

на.

|1о мнению

Б. 14.

Архарова'

концентрационная

картина

на

так

назь]ваемой

<<поверхности

ра3дела>

фаз

слое

д''}.",

','_

сь1ваться

не вертикальной,

-а

несколько

наклонной

прямой:

ре_

?кция

превращения

одной

фазь:

другую

происходит'в

доволь_.

но

значительном

граничном

объеме

и главное

при

непрерь|в_

ном

изменении

соотно1пения

толщин

фазовьтх

обйастей.

пр"

росте

слоя

дол}кно

происходить

либо накопление

диффунди_

рующего

компонента

в вь|сококо-нцентрированньтх

фаз6х'

(вто

неЁозмо>кно

случае'

если.это

6азьт

Ёрйб''.'".',1''

й'.'о"'-

172

{

}

ного

состава' но

возмо){{но

твердь1х

раствбрах)

либо посто_

янное

ув-еличение

относительного

объема

фаз

низкой

конце1{-

трации.

3то и имеет

м9сто

при

постоянной 1о времени

не6оль-

тпо'й мощности

лиффузионт|ого источника

(йапример,

при

вь!сокотемпературном

рассась1вании

слоев)

;

если

}ке мощность

источника 3начительно

прево'сходит

во3мо}кности

лиффузион_

ного отвода

(электролизное силицирование

или

борирование

стали),

накопление

лиффундирующего

компо,нента

в слое

вь1-

рах{ается

не столько

в повь11пении концентрации

фаз

твер_

дь]х

растворов

(эта

концентрация

в общем

достаточно

мала),

сколько

увеличении

относизельного

о,бъема

вь|со'коконцен-

1'рированнь|х

фаз

при одновременном

бьтстром

росте

общей

глубиньт

слоя.

Формирование

диффузионнь]х

слоев'

при взаимодействитт

}келеза

с кремнийсодерх{ащими

партнерами'исследовалось-

работах

Фитцера

[189

лр.].

Аля

исследования

использовались

переплавленное

вакуу-

ме электролитическое

)келе3о

спрессованнь1е

поро!шки

}келе-

3окремнисть1х

сплавов с

10, |7,20,33%

5!,

-так)ке

чистого

кремния.

3ксперименть1

проводились

в атмосфере

водорода

при

темперацрах

950, 1050

и 1150'€.

3 слунае,

если происходит

диффузия

кремния

и3 )келе3о_

кремнистого

сплава в х{еле3о'

нагретое в

у-область'

при

достп-

х(ении

предельной

растворимости

кремния в

т_}келезе

происхо_

дит

полиморфное

т+0-превращенйе,

дальнейшлем

диффузия

идет

о_фазе. €лой

кремнистого

феррита

со столбчатой

фор_

мой

зерен врастает

в сердцевину.

||осле

окончания

опь1та у1

охла>кдения

до

комнатной температурь1

сердцевина так}ке

при_

обретает

ферритную

структуру.,[,иффузионньтй

слой кремн!|-

стого

феррита'

возникппий

при температуре

нась1щения' отде-

ляется

от

феррита'

вовник1|]его

при охлах{дении' четкой

щани-

цей

раздела.

Ёа границе

раздела

имеется

резкий

перепад

концентрации

кремния'

установивтшийс'я

при

температуре

про_

цесса

ре3ультате

полиморфного

т+с_превращения.

€трукту.

ра

диффузионного

слоя после травления

3-5?о-ньтм

раствором

азотной

кислоть1

в спирте имеет вид

столбнать|х

3ерен' направ-

леннь1х

перпендикулярно

к поверхности

образша

неткой

гра_

ницей

раздела

в виде темной

л|4|1ии'

ни)ке

которой

располо>ке-

на зона

феррита,

о6огащенного,

кремнием'

кото,рый образовал-

ся в

ре3ультате

т->0-превращения

в процессе

ох'ах(дения

легированного кремнием

аустенита от

температурь1

лиффузии

до

комнатной температурь|.

14сследуя

изменение микротвердости

по глубине

диффузи-

онного

слоя, Фитцер

[189]

установил'

что перемещение

->а-

фронта

лревращения

при температуре

нась|щения

(границь:

раздела)

пропорционально

квадратному корню

времени

диф-

фузии.

€ледовательно'

рост ферритной

зоны происходит

по

173

а6лица25

€одерх<анне

кремния

твердом

растворе'

вес.

значениё

о.|о-1

сл2

/сек

8,5

2,3

6,8

2з,0

30,0

50,0

пара6олическому

3акону.

первьте

минуты

взаимодействия

на граничной

поверхности

}келе3а

}келе3окре'мнистог0

спла-

ва

наблюдается

ускоренное

обра3ование

слоя'

свя3анное с

эк-

зотермической

реакцией

растворения

кремния

в }келе3е.

коэф-

Фициент

диффузии

кремния

в твердом

растворе

кремния в

с-)келе3е

зависит

от концентрациР1.

Б табл.

приведень1

зна-

чения

коэффициента

диффу3ии

кремния

твердом

растворе

кремния

0'_}келе3е.

(ак

видно

из таблиць:,

коэффициент

диффу3ии

кремния

богатом

кремнием

твердом

растворе

в 20

ра}_6оль:ше,

чем в

твер-дом

расзвор_е

с низкой

концентрацией

кремния.

Фитцер

[189] установил

такх{е'

что

повь|:пение

температу_

рьт

диффузии

от

950

до

1050

'€

сдвигает

границу

с:-превра-

щения

на

изотерме

процесса

пиффузии

стор6ну

более'вь]со-

кой

конт{ентрации

кремния'

что соответствует

и3менению

рав_

новесной концентрации

кремния

при

т-+0-превращении

на

диаграмме

состояния

!е

51.

Бзаимодействие

)келе3а

с высококремнисть|м

поро1пковь11!1

сплавом

(330/о_5!).и

чистым

кремнием

вы3ь1вает

бьтс}рое

обра-

3ование слоя Ре35|

месте

их

соедине!1|!я 14

его

рост"Б

обе

сто-

роньт

от мест'а

1(онтакта

с больтшей

ско'ростью

в сторону

высо-

кокремнистого

сплава.

[1ар!'ду

со

слоем Ре3$1

всегла

6бразу-

ется

сй_твердьтй

раствор

мень1|]ей

концентрацией

кремния.

0бразование

слоя Ре35!

идет настолько

активно'

что

подавля_

ет

ра3витие

зон

Ре5!

и Ре5!2.

3она

фазьт

Ре5|, имеющей

область

гомогенности'

микроскс)_

пически наблюдается

с трудом,

фаза

Ре5!2

лиффузионньт.х

слоях от.утствует.

Развитие

пористой

зоны

Ре35{ сой|эово>кда_

ется

увеличениещ

объема

и свя3ано'

по мнению

Фитшера

[189],

эффектом

€мигельскаса

1(иркендалла.

|1оявление

пор вь:-

'3вано

различием'парциальных

скоростей

диффузии

}келе3а

кремнияв.

с'-фазе

(>келезо

диффуйдирует

и3

сердечника

через

слой

Рез51 3начительно

медленнее,

ней кремний

противопо-

ложном

направлении).

174

Фсо6енности

стРуктуР

ь1

с,илициРованнь!х

слоев

Ёаиболее

высокой

работоспособностью

о6ладают

слои

ста-

бильного

вь|сококремнистого-

феррпта.

1ипичнь:е

микрострук-

турь1

приведень|

на

рис.

56.

|1рининьт

во3никно'вения

одной из

оё6бенйостей

струк6уры

наличия.в

подслойной

области

по-

вь|1шенного

количества

перлита

малоугдеродистых

сталях

у!

перлитной

прослойки

сталях

мартонситного

'класса

рас_

сматривались

вь|1ше.

.||,ругой

особенностью

строения

не только

силицированнь1х,

вообще

ферритных

лиффузионных

слоев

(алитированных'

хромированньтх,

фосфорированных

др.)

является

так на3ь1-

ваемоё столбчатое

строение

слоя:

границьт

ферритного

зерна'

как правило'

перпендикулярны

повер1ности

металла

и поверх-

ност[[

раздела

феррит

аустенит.

Абсолютное

больтпинство

ферритньтх

зерен

пронизь|вает

с.тд'ой

наскво3ь

и отличается

зна_

чительньтми

ра3мерами

(ло

нескольких

сот

микрон).

Фписан-

ная особ'енность

характерна

для

всех

ферритньтх

слоев

не3а_

висимо от

их состава

от п'рощессов

перераспредел|ения

леги_

рующих

элементов

углерода'при

нась1щении.

|1о_видимому'

йрининьт

во3никновения

структур,

подо6нь!х

показан'нь1м

на

рйс.57,

58,

ле>кат

в некоторь|х

общих

особенностях

механи3ма

лиффузии

при

насыщении

образованием

ферритнь:х

слоев

|314.

9вление

обогащения

границ

3ерна

твердого

раство'ра

раст-

воренным

элементом

общёизвестно

[314].

||ринина

этого

явле-

:ни'я_необходимость энергичць|х

диффузионнь1х

перераспреде-

лений примесей

твердом

растворе

при

'фазовых

превра''\ени_

{},, перекристаллиза(ии,

деформации

и тому

подобных

изменейиях структурь|.

|(оэффишиент

диффузии

имеет

макси'

мальное

3начение

для

вне|ш'ней

поверхности

м|еталла'

проме_

>[утотное-для

<<внутронних

повер)(ностей>>,

т. е. границ

з.ерен'

и минимальное-для

тела зерна.

Различие

ме)кду

максималь-

'нь|м

и минимальнь|м

3начениями

достигает

двух_трех

поряд-

ков

[234;

прининой

этого

является

прех{де

всего соср-едоточе_

ние в граничнь|х

объемах

ооновной

АФ.т|й

3&:(8}1сий. 3то

под-

твер>кдается

ре3ким

преобладанием

гранинной

лиффузии

именно

растворов

элементов'

создающих

структурь1

не внед_

рения'

а 3амещения.

настоящее

время

существует

больш:ое

!<ол!дчество

работ,

авторь|

которь|х

обнару>ки-вали

оосредото-

ч'ение по границам

ферритного

зерна

кремни1я

[31б],

колинество

углерода

на

гра'ницах

ферритного

3ерна

даже

в весьма

мало-

у.ле!ло!истой

ётали

1менеБ0,05%

€)

достигает

более.|ем

1,5%

[з:+],

что и понятно'

||Ф€:кФ.т|ьк}

в теле

ферритного

зерна

угле-

род

практически

!нерастворим.

}(ак и3вест!1о'

нась|щенность

\76

границ

ферритного

зе-!:на

примесями

сохра'ня,етс

я и в аусте-

нитном

состоянии'

обогащение

ими

гранйц

аустенитного

3ер-

на

после

распада.аустенита

на

мартенси7

или

перлит

[316].

1аким

образом,

факт

преимушест|еннои

дйооу.й!

{''.р"_

ницам

3ерна

стали общеизвестен

и находит

практинеское

применение

(например,

при

борьбе с

нафт,али*'Ё',,*

и3л0-

мом).

(]днако

в литературе

не

уделяется

достаточного внима-

ния

роли

поверхностной

и граничной

диффу3ии

со,3дании

спе-

цифических

структур

диффузионнь1х

слоев'

хотя

этот вопрос

заслу)кивает

тщательного

ассмот'рения.

0тличие

роли

граниш

т!ри

диффузионном нась]щении

от

ооь]чнои

их

роли

процессах

т,ермической

обработки

стале|!

пре)кде

всего

заключается

в то'м'

что

процессьт

диффузии

пр14

химико-термической

обработке

протекают

условййх

ре3ко

увеличенного

концентрационного

градиента

благодаря

нали-

чию

мощного

диффузионного источника

вне

металлического

тела.

(роме

того'

вах<нейгпую

ро,ль

играет

поверхность

ме_

талла'.

ро}ьч

которой

при

многих

операциях

<<обьтчной>>

терми_

ческой

обработки

мо)кно

пренебрегат!.

Р и с.

56.

!!1

икр

остр

укт

у р

ф ф]з

и3;1ят,

60г

},*,Бй'.".",.'у

%,] %63,

)

;

]т

|!о-видимому' никакие

специальнь1е

мерь1 очистки

от меха-

нических

примесей,

пленок

дефектов

структурь1 не

в состоя_

нии

привести по,верхность

металлического

тела в состоян'|!е,

соответст_в^у;оцеэ

представлениям

об

<<идеальной>>

структуре

металла

[318].

|1овёрхностньтй

слой неизбе:кно

отлинаетёя

рез-

ко [овь11л:енной

сорбционной способноетью

и вследствие

это,го

весьма

вьтсо'кой

лиффузионной

подви>кностью (в

плоскости

по_

верхности)

атомов как

основного металла'

так

и особенно

пртл_

месей.

Автор

работьт

[319]'

например,

устано,вил'

что

перите1(-

тоиднь1е и монотектоиднь1е

реакции'

в сердцевине

тугоплавких

сплавов

практически

никогда

не проходящие

до

конца' весьма

бь:стро

протекают

на всей

поверхности

металла

(именно

на

всей,

а не

только

в_-мес-тах

вь1хода

границ

зерна

на

поверх_

ность).

|{о

данньтм

[320],

кооффициент

уффузии

серебра

легкоплавких

металлах

на

поверхности'образша

превь|шае'г

0д9

!'ля

тела

зерна на ||]есть

порядков'

Аля

границь1

3ерна-

на

два

порядка'

Бесьма ва)кнь1м

для

о,бъяснения

структурообразования

во

многих

диффузионнь1х

слоях

является

следующее (обьтнно,

т<

{

углеродисть|х_

сталей.

3лектролизное

силицирование

о-сталь

40[;

б-40;!1;

в_40|+42;

е-40\2

12.

3ак.

расплаве

80070

176

\77

со)калению,

не

ууить]ваемое)

сообра>кение.

Роль, близкую

роли

поверхности металла

(именно

поверх|{ости'

а не

более

уг{орядоченной

по сравнению с ней границьт

зерна)

может

ряде

случаев

игратБ

поверхность

ра3дела

фаз,

резко

различаю_

щихся

по

своей кристаллохимической

природе

и не имеющих

когерентной

связи

кристаллических

струкцр.

Бблизи

этой

зо-

нь1'

впрочем

весьма

о'граниченной по

объему' атомь!

обоих

ко'м-

понентов

поль3уются практически полной

сво'бодой

диффузии.

Авторьт

|32\'

322] подтвердили это

вначале на примере

ко]{-

такта

столь

ра3нороднь1х

веществ'

как металлическая

медь ].|

карбил бора; затем бьтло

уст'ановлено'

чт'о после

ра3рь1ва

коге-

рентности

подобная

<<зона

свободной

диффузии>

возникает

такх{е

на границах

ра3дела

металлическог0 твердого

раство-

ра

с металлоподобно&

фазой,

содер)кащей тот'

х<е

металл

(на-

пример'

на границе

ш|-

ш13А1

-,\|351)

[323].

|4з сказатт-

ного

следует'

что если

бь:

процесс

диффузионного

нась1щения

Рис. 57.

1ипичнью п{икроструктурь1

силицированнь1х_

слоев

(распл_ав

анало

6_сталь

40Ё;

а_40[; 0-40Р12;

178

протекал

узкой

поверхностной

зоне металла'

без глубокого

проникновения

его

сердцевину,

полученньгй слой,

[о-видимо-

му' представлял

бьт

собой

конгломерат весьма мелких и

беспо-

рядочно

ориентированнь|х

зерен

вьтсококонцентрированно:!

двухкомпонентной

фазьт.

Бсли

действительности

структура

слоя такого

вида

не имеет,

это

является

результатом утрать]

поверхностью

металла ее

определяющей

роли

на

дальнейгпих

этапах

роста

слоя.

?|з

сказанного

следует'

что на первом

этапе

диффузионного

нась1щеция имеет

место со3дание

на всей поверхности

дётали,

подвергающейся воздействию

активной

средьт'

приблизите,:тьно

одинаковойконцент'рации

насьтщающего

элемента.

Фднако

179