Файл: Новиков, И. И. Теория термической обработки металлов учебник.pdf

ления», согласно которой ударная вязкость падает из-за выделе­

они выделяются из него и сталь становится хрупкой. Быстрое ох­ лаждение с температуры высокого отпуска предотвращает выде­ ление фаз, понижающих хрупкую прочность. Гипотеза «растворе­ ния— выделения» объясняет обратимость отпускной хрупкости.

Применение специальных реактивов приводит к растравлива­ нию границ исходного аустенитного зерна в стали, находящейся в состоянии обратимой отпускной хрупкости. Пониженная химиче­ ская стойкость границ зерен в хрупкой стали подтверждает, что при медленном охлаждении с температуры высокого отпуска дей­ ствительно на границах зерен происходят какие-то структурные изменения. Они вызывают снижение ударной вязкости, но прак­ тически не сказываются на других механических характеристи­ ках, измеряемых при комнатной температуре. Объясняется это тем, что ударная вязкость — в высшей степени структурно чувст­ вительное свойство, особенно чувствительное к состоянию границ зерен. Л. М. Утевский утверждает, что обратимая отпускная хрупкость обусловлена не выделением новой фазы, а лишь изме­ нением состава раствора вблизи границ зерен. Так, обогащение.при­ граничных зон фосфором, снижающим работу образования межзеренных трещин, приводит к развитию отпускной хрупкости.

Практические меры борьбы с обратимой отпускной хруп­ костью— быстрое охлаждение с температуры отпуска (в воде или масле) и легирование стали молибденом или вольфрамом.

3. Изменение свойств мартенситно-стареющих сталей

354

Р а з д е л п я т ы й

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ

ИТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКИ

Вотличие от собственно термической химико-термическая и термомеханическая обработки, кроме теплового воздействия, включают соответственно химическое и деформационное воздей­ ствия на металл. Это усложняет общую картину изменения струк­ туры и свойств при термической обработке.

Оборудование для проведения химико-термической и термоме­ ханической обработок, как правило, сложнее, чем при собственно термической обработке. Кроме обычных нагревательных устройств, оно включает, например, установки для создания контролируемой атмосферы, оборудование для пластической деформации.

Из-за специфики структурных изменений, оборудования и тех­

нологии химико-термическую и термомеханическую обработки можно считать самостоятельными научными и технологическими направлениями. Но поскольку важнейшую роль в них играет теп­ ловое воздействие на металл, то химико-термическую и термоме­ ханическую обработки относят к видам термической обработки

(см. рис. 1).

Ниже рассмотрены общие закономерности изменения структуры и свойств при химико-термической и термомеханической обработ­ ках и их разновидности.

Г л а в а X I I

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

§49. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА

ИСТРУКТУРЫ ПРИ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

Химико-термическая обработка, сочетающая тепловое воздей­ ствие с химическим, изменяет состав и структуру в поверхност­ ных слоях, а иногда и по всему объему изделия.

Для изменения химического состава изделие нагревают в ак­ тивной среде. Во время выдержки изделие диффузионно обога­ щается элементами из внешней среды. Кроме того, химико-терми­ ческую обработку можно использовать для диффузионного уда­ ления из изделия примесей, а в отдельных случаях и основных компонентов.

Подавляющее большинство промышленных процессов химико­ термической обработки включает диффузионное обогащение по­ верхностных слоев изделий неметаллами или металлами из внеш­

356

ней активной среды, для чего используют газовые, жидкие и твердые среды. Самый известный из этих процессов — цементация (науглероживание стальных изделий в древесном угле при высо­ ких температурах) относится к числу древнейших операций тер­ мической обработки, использовавшихся задолго до н. э.

Можно выделить три одновременно идущих процесса, обеспе­

Адсорбционный процесс может включать простую физическую ад­ сорбцию, при которой моноили полиатомный адсорбционный слой на всей поверхности изделия или в ее активных участках образуется благодаря действию ван-дер-ваальсовых сил притя­ жения. Одновременно возможна и химическая адсорбция (хемо­ сорбция) с возникновением сильных химических связей между ад­

разом от развития диффузии, то при анализе химико-термической обработки основное внимание уделяется закономерностям диф­ фузии.

1. Образование однофазной диффузионной зоны

Рассмотрим процесс диффузионного проникновения элемента с поверхности в глубь изделия. В любой точке диффузионной зо­ ны на расстоянии х от поверхности ^ ( изделия концентрация твердого раствора С изменяется во времени т в соответствии со вторым законом Фика:

357

ничные условия. В нашем случае можно использовать решение для диффузии в полубесконечное пространство с постоянной кон­ центрацией на поверхности (рис. 205). В точке на расстоянии х от поверхности изделия концентрация С(х, т) зависит от концент­ рации на этой поверхности Сп, исходной концентрации в объеме Со, коэффициента диффузии D и времени выдержки т от начала процесса:

справочной таблице*. Значения erf (г) для некоторых значений г**

С увеличением времени выдержки диффузионная зона расши­ ряется, а содержание диффундирующего элемента в ней возраста­ ет (см. рис. 205). Площадь под кривой распределения концентра­ ции элемента по сечению изделия характеризует общее количество элемента в диффузионной зоне при данном времени выдержки.

на котором уменьшение концентрации составляет половину макси-

*erf — сокращенно от англ, error (ошибка) и function.

358