» » Особенности массообмена при наличии нескольких фаз в поверхностном слое обрабатываемого материала
13.01.2015

В поверхностном слое металла или сплава могут находиться одновременно несколько фаз как в исходном состоянии, так и в результате химических реакций при массообмене с атмосферой. Составу атмосферы соответствует определенный состав каждой из сосуществующих фаз. Фазы находятся в равновесии друг с другом и с окружающей средой.
При углеродном обмене между атмосферой и сталью при температуре выше Ac3 в диффузионном слое образуется аустенит. Чем выше углеродный потенциал атмосферы, тем выше содержание углерода в аустените. При достижении предельной растворимости углерода в аустените диффузионного слоя образуется цементит. При температуре в интервале Ac1 и Ac3 в диффузионном слое может быть феррит, аустенит и карбид.
Кинетика обезуглероживания пластин толщиной 3 и 5 мм из сталей, содержащих 0,26% С; 1,34% Mn; 1,23% Si при температурах 600—980° С и выдержке 2,4 и 8 ч в атмосфере N2—O2 (с 2% O2), характеризуется следующими значениями энергии активации (E):
Особенности массообмена при наличии нескольких фаз в поверхностном слое обрабатываемого материала

Величина энергии активации при температурах ниже Ac1 близка к величине энергии активации диффузии углерода в феррите. Следовательно, скорость обезуглероживания определяется диффузией углерода в феррите. При температуре выше Ac3 скорость обезуглероживания определяется диффузией углерода в аустените. При обезуглероживании в интервале температур Aс1—Ac3, где происходит фазовое превращение, углерод диффундирует в аустените до границы аустенит—феррит, переходит в феррит и через него диффундирует до поверхности. В этом случае величина энергии активации составляет около 1/3 энергии активации диффузии углерода в аустените и значительно меньше энергии активации диффузии углерода в феррите. Последнее обстоятельство авторы работы объясняют тем, что углерод диффундирует по границам зерен феррита, поскольку энергия активации существенно меньше, чем при диффузии через зерна.
Особенности массообмена при наличии нескольких фаз в поверхностном слое обрабатываемого материала

На рис. 35 показана глубина обезуглероживания пластин в зависимости от температуры. Максимальная глубина обезуглероживания наблюдалась в интервале температур 800—820° С. При этих температурах обогащенные ферритом зоны поверхностного слоя образуются из аустенита. Границы зоны преимущественно перпендикулярны поверхности образца, т. е. совпадают с направлением диффузии углерода. При температуре ниже 700° С зерна феррита в процессе обезуглероживания изменяются. При 900° С образуется аустенит, и скорость диффузии углерода уменьшается.
При дальнейшем повышении температуры глубина обезуглероженного слоя увеличивается, так как коэффициент диффузии углерода в аустените возрастает с ростом температуры.