Лекция. Химико-термическая обработка сплавов

Общие закономерности

Химико-термической обработкой называют технологические процессы, приводящие к диффузионному насыщению поверхностного слоя деталей различными элементами.

Химико-термическую обработку применяют для повышения твердости, износостойкости, сопротивления усталости и контактной выносливости, а также для защиты от электрохимической и газовой коррозии.

Различают три стадии процесса химико-термической обработки.

На первой стадии протекают химические реакции в исходной (окружающей) среде, в результате которых образуются активные диффундирующие элементы, по-видимому, в ионизированном состоянии.

На второй стадии процесса они усваиваются насыщаемой поверхностью металла – происходит адсорбция или хемосорбция диффундирующих элементов, в результате чего тончайший поверхностный слой насыщается диффундирующим элементом (адсорбция), возникает градиент концентрации – движущая сила для следующей стадии процесса.

Третья стадия – диффузионное проникновение элемента вглубь насыщаемого металла, которое сопровождается образованием твердых растворов или фазовой перекристаллизацией.

Первая и вторая стадии процесса химико-термической обработки протекают значительно быстрее третьей – диффузионной стадии, где формируются структура и свойства диффузионной зоны. Третья стадия определяет скорость процесса химико-термической обработки.

Фазовые и структурные изменения, происходящие на состояния, если в диффузионном взаимодействии участвуют всего два элемента диффузионной стадии процесса, можно предсказать с помощью двойных диаграмм. При этом предполагается, что диффузионный процесс не интенсифицируется и образующаяся диффузионная зона находится в равновесном состоянии.

Так, при длительном (τ3) диффузионном насыщении элемента А элементом В можно добиться соответствия фазового состава диффузионной зоны равновесной диаграмме состояния (рис. 8.1). Последовательность образования фаз при температуре диффузионного насыщения соответствует последовательности их расположения на диаграмме (γ, ɑ, β, δ на рис. 8.1). Однако фазы, имеющие на диаграмме состояния очень узкие области гомогенности, могут расти медленно, что их слои в диффузионной зоне не обнаруживаются.

Двухфазные области в диффузионной зоне не образуются, так как через фазу постоянного состава диффузионный процесс невозможен из-за отсутствия градиента концентрации.

Двухфазный слой в диффузионной зоне может образоваться при медленном охлаждении от температуры диффузионного насыщения вследствие переменой растворимости и вторичных выделений α- и β-фазы.  Кроме того, двухфазная смесь может образоваться в диффузионной зоне в результате фазовой перекристаллизации в процессе охлаждения от температуры диффузионного насыщения (рис. 8.2), в то время как при диффузионном насыщении образуется твердый раствор γ переменной концентрации.

Для однофазных областей диффузионной зоны зависимость роста толщины слоя от продолжительности насыщения при t диф =const подчиняется параболическому закону: = k1  а зависимость толщины слоя от температуры при =const – экспоненциальному закону: = k2е Q/(2RT), где k1, k2 – константы; Q – энергия активации диффузионных процессов. Толщина диффузионного слоя при t диф =const и =const тем больше, чем выше концентрация диффундирующего элемента на насыщаемой поверхности.

Существует множество способов химико-термической обработки, однако наибольшее распространение в промышленности получили процессы диффузионного насыщения из активных жидких и газовых сред. Более рациональной исходной средой является активизированная газовая среда, т.е. среда, лишенная нейтральных (балластных) примесей, где активный диффундирующий элемент образуется в результате диссоциации, диспропорционирования или восстановительных реакций, которые называются ведущими. Выявлять ведущие химические реакции можно экспериментально или расчетным путем. В последнем случае более вероятной считается реакция, имеющая более отрицательный изобарно-изотермический потенциал (энергию Гиббса) или большую константу равновесия. В ряде случаев исходную газовую среду активизируют ионизацией в тлеющем разряде.

Дата: 2019-02-18, просмотров: 1022.