Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Образование и рост слоев новой фазы в процессе диффузионного насыщения

Диффузионные фазовые превращения (реакционная диффузия) в открытых системах

Термин «реакционная» диффузия относится к диффузионным процессам, которые сопровождаются фазовыми превращениями при определенных условиях, в том числе, проведения химической – термической обработки сталей и сплавов или эксплуатации металлопродукции.

Химико-термическая обработка (ХТО) состоит в диффузионном насыщении из внешней среды (открытая система) металла или сплава различными элементами (например, цементация - С, азотирование - N, хромирование - Cr и т.п.), что позволяет производить целенаправленное изменение химического и фазового состава, структуры и свойств поверхностного слоя.

Химико-термическая обработка включает несколько стадий:

- выделения диффундирующего элемента в атомарном состоянии в результате протекания соответствующих реакций в внешней среде;

- адсорбции диффундирующего элемента;

- диффузии насыщающего элемента (элементов).

Характерной особенностью реакционной диффузии в бинарных системах является формирование в диффузионной зоне слоев соединений, образованных насыщающим элементом и металлом матричной фазы.

В качестве примера реакционной диффузии рассмотрим случай насыщения одним из компонентов двухкомпонентного сплава, который в исходном состоянии при температуре насыщения является однофазным (твердый раствор) – фаза F1 на рис.14. При этом условия насыщения таковы, что создаваемая на внешней поверхности концентрация насыщающего компонента соответствует области существования другой фазы - F2.

В данном случае, для прогнозирования формирующейся структуры и фазового состава диффузионной зоны можно использовать анализ траектории движения «фигуративной точки» (штрихпунктирная линия на рис.14) на диаграмме состояния.

 

 

Рис.14. Траектория движения «фигуративной точки»

 

Распределение концентрации насыщающего компонента по глубине диффузионной зоны будет иметь вид, отображенный на рис.15.

Рис.15. Распределение концентрации насыщающего компонента по глубине диффузионной зоны

Концентрационный скачок Ср(2) – Ср(1) на межфазной границе у(t) (в данном случае, между F1 и F2 фазами) соответствует ширине двухфазной области при используемой температуре насыщения и вызван тем, что на межфазной границе достаточно быстро, по сравнению с характерным временем протекания процесса насыщения, устанавливается термодинамическое равновесие.

Поскольку, согласно «правилу рычага» изменение концентрации в двухфазной области приводит к изменению количественного соотношения между фазами, а не концентрации в твердом растворе, двухфазная структура в диффузионной зоне бинарного сплава (металл-основа и насыщающий элемент) в процессе диффузионного насыщения сформироваться не может.

Процесс реакционной диффузии, при параболическом законе роста образовавшегося слоя F2- фазы

R=2 β √t

 

описывается следующей системой уравнений:

1.Диффузии в F2 - фазе

∂С/∂t = D2 ∂²С/∂x²

C(0,t) = C(1), C(y,t) = Cp(2),

которое имеет решение

C(x,t) = C(1) – [(C(1) - Cp(2))erf(x/2 √D2t)/erf(β/√D2)]

 

2. Диффузии в F1- фазе

∂С/∂t = D1∂²С/∂x²

C(y,t) = Cp(1), C(∞, t) = C(0),

которое имеет решение

C(x,t) = C(0) + [(Cp(1) - C(0))erfc(x/2 √D1t)/erfc(β/√D1)]

 

3.Баланса массы

(Cp(2) – Cp(1))dy/dt = - D2 ∂С/∂x|x=y-o + D1∂С/∂x|x=y+o,

котороe является основой для получения трансцендентного уравнения для определения постоянной β:

(Cp(2) – Cp(1))β√π = [(C(1) - Cp(2)) √D2exp-(β /√D2)²/erf(β/√D2)] –

 

- [(Cp(1) - C(0)) √D1exp-(β/√D1)²/erfc(β/√D1)]

 

Из данного уравнения следует, что скорость роста слоя фазы зависит от таких факторов как соотношение между величинами коэффициентов диффузии насыщающего компонента в новой (D2) и матричной (D1) фазе, начальной C(0) и граничными C(1), Cp(2), Cp(1) концентрациями.

Например, скорость увеличивается при Cp(1) → C(0), при D2 > D1, ауменьшается при C(1) → Cp(2), при D2 → D1.

Это позволяет осуществлять управление процессом ХТО конкретного сплава путем подбора температуры процесса, его продолжительности по времени и условий насыщения.

 

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Аморфные металлические материалы (способы получения и области применения) | Образование и развитие двухфазных областей (типа зон внутреннего окисления) в процессе диффузионного насыщения
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 579; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.013 сек.