» » Насыщение марганцем через газовую фазу
05.02.2015

Обработка металлических поверхностей насыщением в твердом состоянии различными элементами хорошо известна; в результате такой обработки поверхность приобретает ряд специальных свойств, таких, как повышенная твердость или высокое сопротивление окислению или коррозии. Все эти процессы проводят так же, как и общеизвестный процесс твердой цементации, когда насыщаемый металл нагревают в контакте с твердым веществом, которое и должно диффундировать. Другая группа процессов предусматривает насыщение через газовую фазу, обычно через галоидное или другое, способное разлагаться, соединение. Иногда процесс ведут в присутствии водорода, который восстанавливает галоидное соединение металла. Протекают две реакции:
X + YCl ⇔ XCl + Y (реакция замещения);
YCl + H ⇔ Y + HCl (реакция восстановления),

где X — насыщаемый металл, a Y — насыщающий металл.
Степень развития этих реакций будет зависеть от термодчнамических условий процесса. Поверхностное насыщение чугуна и стали марганцем при осуществлении приведенных выше реакций изучал Дубинин. Он использовал для насыщения пары хлорида марганца, образующегося при пропускании хлористого водорода над нагретым марганцем. Хлорид марганца в смеси с водородом пропускали над поверхностью образцов чугуна и ста ли при 800—1200°. Установлено, что насыщение марганцем железа с малым содержанием углерода происходит на значительную глубину; образец, содержащий 0,03% С, насыщался на глубину 0,23 мм в течение 3 час. при 1100°. Слой плотно прилегал к поверхности и состоял из двух зон: наружной (0,09 мм) со структурой γ-марганца и внутренней (0,14 мм) со структурой γ-железа.
При обработке высокоуглеродистой стали наблюдается встречная диффузия углерода к марганцу. Насыщенный марганцем слой состоял из наружной корочки карбида (MnFe)3C к внутренней зоны, имеющей более низкое содержание марганца.
На рис. 134 показано изменение содержания марганца по глубине насыщенного слоя железа, содержащего 0,03% С, обработанного в течение 3 час. при 1100°, и стали, содержащей 1,03% С, обработанной в течение 6 час. при 800°. Концентрация марганца на поверхности малоуглеродистой стали была выше 90% и продолжает оставаться на высоком уровне в зоне, имеющей структуру γ-марганца; затем наблюдается крутое падение. В высокоуглеродистой стали концентрация марганца круто падает на границе карбидного слоя. Поверхностная твердость была равна 1124 HV и 1145 HV для этих двух образцов соответственно.
Как установлено Дубининым, образцы, насыщенные марганцем, имеют высокое сопротивление коррозии в растворах перекиси водорода и в 10%-ной HCl, но недостаточно стойки в 37%-ной соляной кислоте, а также в азотной и серной кислотах.
Сопротивление окислению железа и стали не улучшается после поверхностного насыщения марганцем.
Насыщение марганцем через газовую фазу