Диффузионного перемещения

При неравновесной же кристаллизации процесс диффузионного насыщения ранее выпавших кристаллов не успевает пройти, средний состав твердой фазы отличается от состава кристаллов, выпадающих при данной температуре, и характеризуется пунктирной линией, положение которой зависит от ряда факторов (скорости диффузии, скорости охлаждения и др.). В результате этого реальная структура сплава может существенно отличаться от равновесной.

Диффузионная металлизация — процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами. При насыщении хромом этот процесс называется хромированием, алюминием — алитированием, кремнием — силицирова-нием и т. д. Комбинированные процессы, заключающиеся в одновременном насыщении хромом и алюминием, или хромом и вольфрамом, называют хромоалитированием, хромовольфрами-рованием и т. д.

Наиболее обстоятельно изучены процессы диффузионного насыщения хромом и алюминием, а также и бором. Процессы насыщения молибденом, бериллием и другими элементами исследованы в значительно меньшей степени.

Процесс диффузионного насыщения поверхностных или более-глубоких слоев углеродистой стали или чугуна алюминием носит название алитирования. Процесс алитирования осуществляют в герметически закрытой жароупорной форме, заполненной порошкообразной смесью состава: 49% сплава Fe — AI в порошке, 49% А12О3 и 2% NH4C1. Продолжительность выдержки изделий в печи от 4 до 25 ч, в зависимости от требуемой жаростойкости стали. Толщина диффузионного слоя зависит от температуры и продолжительности алитирования. Нагрев реактора в печи производится при 900—1000° С, в результате чего происходит диффузия алюминия в основной металл. Алитировапие из газовой фазы производится применением летучего хлорида алюми-

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее до 500—650 °С в аммиаке. Азотирование повышает твердость поверхностного слоя детали, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в атмосфере, воде, паре и т. д. Твердость азотированного слоя стали выше, чем цементованного и сохраняется при нагреве до высоких температур (450—550 °С), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200 — 225 "С

Нитроцементацией называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при 840—860 "С в газоной среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Продолжительность процесса 4—10 ч. Основное назначение нитроцементации — повышение твердости и износостойкости стальных детален.

Цианированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя ста in одновременно углеродом и азотом при температуре 820—950 "С п расплавленных солях, содержащих группу CN.

При различных схемах нагружения в условиях воздействия агрессивных сред я ровыщенных температур повышение работоспособности элементов конструкций обеспечивается применением материалов, сочетающих в себе наряду с прочностью также высокую жаро- и коррозионную стойкость- В этом направлении перспективными можно считать композиционные материалы, состоящие из малоуглеродистой или легированной стали упрочненной стальными, молибденовыми или вольфрамовыми проволочками. Связь армирующих проволочек с матрицей осуществляется в результате диффузионного насыщения титаном, никелем, хромом, вольфрамом или их комбинациями.

Твердые прослойки появляются вблизи границ сплавления в результате науглероживания металла в данных зонах в процессе диффузионного насыщения углеродом /42/.

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА металлов- тепловая обработка металлич. изделий в химически активных средах для изменения хим. состава, структуры и св-в поверхности металла вследствие диффузионного насыщения её разл. хим. элементами из газовой, паровой, жидкой или твёрдой фаз. Осн. виды Х.-т.о.: цементация, азотирование, цианирование, алитирование, хромирование, силицирование. ХИМИЧЕСКАЯ связь - взаимодействие атомов, обусловливающее их соединение в молекулы и кристаллы. Действующие при образовании Х.с. силы имеют в осн. электрич. природу, но строгое описание Х.с. возможно только на базе квантовой механики. При образовании Х.с. происходит перераспределение электронных плотностей соединяющихся атомов. По характеру этого перераспределения Х.с. классифицируют на ионную (один из атомов « отдаёт» свой электрон другому, и атомы притягиваются друг к другу, как пара ионов противоположного знака), ковалентную (неполярную, если пара электронов в равной степени «принадлежит» обоим атомам, или полярную, если оба электрона тяготеют к одному из них). Существуют и др. модели Х.с., напр., координационная, металлическая. По числу пар электронов, участвующих в образовании данной Х.с., различают простые (одинарные), двойные и тройные (т.н. кратные) Х.с. Существуют и др. параметры, по к-рым характеризуют Х.с., напр, по числу атомов, непосредственно участвующих в её образовании. Одна из существ, хар-к Х.с. - энергия связи- энергия, к-рую необходимо сообщить молекуле для её диссоциации (разрыва Х.с.). ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ - наука об экономичных и минимально за-

Азотированием называется прогресс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом.

Различаются два вида диффузионного перемещения атомов в металлах: а) самодиффузия, когда происходит перемещение атомов основного металла в собственной кристаллической решетке; б) гетеродиффузия, когда происходит перемещение инородных (растворенных) атомов в чужой кристаллической решетке.

и флуктуации концентрации. Флуктусщиями концентрации называют временно возникающие отклонения химического состава сплава в отдельных милых объемах жидкого раствора от среднего его состава. Такие флуктуации возникают вследствие диффузионного перемещения атомов вещества, в результате тепловых движений в жидком растворе.

или других дефектов кристалла. При высоких температурах (выше температуры порога рекристаллизации), когерентность быстро нарушается, поскольку предел упругости оказывается сильно сниженным, однако рост кристаллов новой фазы продолжается достаточно быстро, но уже в результате диффузионного перемещения атомов от матричной фазы к новой через границу раздела фаз. Если при этом между исходной и новой фазами существует структурное соответствие, то новая фаза располагается вдоль определенных кристаллографических плоскостей исходной фазы в виде

Есть основание полагать, что такое специфическое строение границ является результатом локальных пластических смещений внутри блочной структуры наклепанного аустенитного зерна и диффузионного перемещения сегментированной границы при высокотемпературном нагреве {13]. Ряд исследователей разработал специальные способы высокотемпературной МТО, позволяющие получить структуру стали с развитой зубчатостью границ и тем самым существенно повысить сопротивляемость ползучести [14, 15]. Получаемые искажения в периферийных областях зерна в значительной степени способствуют упрочнению, предотвращают образование фаз, ослабляющих связь между зернами [13, 16], и увеличивают барьерный эффект границ зерен.

Опыты показывают [16], что в процессе высокотемпературного наклепа обрабатываемой стали деформация локализуется по границам аустенитных зерен, что приводит к их искажению и, как следствие, к изменению конфигурации границ (фиг. 11, а) — возникновению характерной зубчатости [13, 81] с периодом чередования зубцов и их амплитудой порядка десятков микрон (фиг. 11,6). Такое специфическое строение границ зерен после ВМТО связывается [13, 72, 87] с влиянием блочной структуры аустенитного зерна, возникающей в результате деформирования при высоких температурах, и объясняется взаимодействием сдвигового механизма и диффузионного перемещения границ зерен. При этом процесс сдвигообразования, проходящий по сравнительно небольшому числу плоскостей скольжения, приводит к первоначальному раздроблению зерна на блоки с выходом плоскостей скольжения на поверхность зерна (начало искажения границ), а последующее диффузионное перемещение элементов такой сегментированной границы приводит к развитию зубчатости. Этому же способствует анизотропность перемещения элементов искаженной границы [13], поскольку процесс сдвигообразования способствует нарушению единообразной взаимной ориентации сопрягающихся кристаллических решеток.

Следствием молекулярного диффузионного переноса тепла является так называемый диффузионный термоэффект (эффект Дюфо), представляющий собой возникновение разности температур в результате диффузионного перемещения двух газов, первоначально имевших одинаковую температуру. Диффузионный термоэффект —явление, обратное термодиффузии. При -стационарном диффузионном смешении, например, водорода и азота возникает разность температур порядка нескольких градусов.

Любые твердые фазы, образующиеся в жидком сплаве, отличаются по составу от исходного жидкого раствора, поэтому для образования устойчивого зародыша необходимы не только гетеро-фазные флуктуации, но и флуктуации концентрации. Флуктуа-циями концентрации называют временно возникающие отклонения химического состава сплава в отдельных малых объемах жидкого раствора от среднего его состава. Такие флуктуации возникают вследствие диффузионного перемещения атомов вещества в результате тепловых движений в жидком растворе.

При высоких температурах когерентность быстро нарушается, поскольку предел упругости оказывается сильно сниженным, однако рост кристаллов новой фазы продолжается достаточно быстро, но уже в результате диффузионного перемещения атомов от матричной фазы к новой через границу раздела фаз. Такой механизм превращения называется диффузионным, или нормальным.

Таким образом, имеется необходимость ускорения стадии внешне-диффузионного перемещения ионов, что достигается гидродинамической обстановкой внутри ионообменного аппарата.

Диффузия является одним из наиболее универсальных процессов. Это элементарный процесс поскольку он непосредственно характеризует перемещение атомов. В то же время диффузия лежит в основе многих превращений, протекающих при термической обработке металлов. Хотя в металлах часто протекают и бездиффузионные фазовые превращения, например мартенсит-ное, однако даже в этом случае образование материнской фазы, из которой возникает мартенсит,— процесс, контролируемый диффузией. Создание метаста'бильных состояний металлических сплавов и, что так важно для практики, сохранение их в течение длительного времени связано с диффузионными процессами. Кинетика изменений многих свойств контролируется процессом диффузии. В дислокационных процессах, не обусловленных переносом вещества, имеют значение и такие, которые определяются элементарным актом диффузии (например, переползание). Повышение температуры приводит к увеличению энергии колебаний атомов и соответственно скоростей диффузионного перемещения их. Поэтому диффузия является одним из определяющих процессов для материалов, применяемых при повышенных температурах.

Что конкретно представляют собой менее и более устойчивые дефекты, не очень ясно. Вероятно, очень мелкие дефекты создают пики напряжений и избыточную энергию, облегчающую превращение. Более устойчивыми будут, вероятно, скопления дефектов, например границы субзерен. Устранение этих дефектов требует значительного диффузионного перемещения и, следовательно, более высокой температуры.