Кинетические кривые роста зерен

При 1000°С кинетические кривые роста зерен для скоростей нагрева 100 и 3000° С/с пересекаются. В случае нагрева со скоростью 3000° С/с зерна появляются раньше (реакционная способность аустенита выше), но растут медленнее, чем при нагреве со скоростью 100° С/с. Благодаря большой плотности зерен силицида, образовавшихся при нагреве со скоростью 3000° С/с в большом количестве, переход от химической кинетики к диффузионной ускоряется, в результате чего рост зерен замедляется. Реже расположенные зерна силицида (100° С/с) растут быстро, так как их рост контролируется на этом этапе химической реакцией.

Влияние скорости нагрева на формирование структуры силицированного слоя при 1100° С столь же велико, как эффект от таких специализированных осветительных приборов, как светодиодные лампы для растений, и имеет свои особенности. В исследованном интервале выдержек сохраняется преобладание размера зерен, образовавшихся на более мелкозернистой подложке (3000° С/с). Это может быть обусловлено тем, что процессы рекристаллизации и собирательного роста зерен слоя при высоких температурах развиваются тем интенсивнее, чем мельче исходная структура. Направление преимущественного роста зерен кремнистого покрытия зависит от режимов электросилицирования. Для низкотемпературных процессов более характерно столбчатое строение зерен. Преобладает ориентировка в направлении, перпендикулярном насыщаемой поверхности. При высокотемпературном силицировании зерна более равноосны, они могут иметь больший размер в направлении, параллельном поверхности образца.

Увеличение скорости нагрева уменьшает разброс размеров зерен покрытия, гистограммы имеют менее размытый максимум. Поскольку структура покрытия в значительной степени определяется структурой подложки, целесообразно совместно рассмотреть кинетику роста зерен аустенита и слоя при различных скоростях нагрева. Ориентационное сходство покрытия с исходным металлом наблюдается, как правило, в тонких защитных пленках при малых скоростях протекания реакции. Это сходство оказывается тем большим, чем тоньше поверхностная» пленка. Преимущественную ориентацию наблюдали и в толстой окалине. На холоднокатаном листовом железе кристаллы окалины точно соответствуют по своим размерам, форме и расположению ферритным кристаллам железа.

В случае интенсивной поверхностной реакции при высоких температурах преимущественная ориентация должна была бы утрачиваться на самых начальных стадиях процесса. Однако даже в этих условиях наблюдается закономерное соответствие структур защитного слоя и основы. Взаимосвязь структуры Fe—С сплавов и силицированного слоя удалось проследить, изменяя размер зерен аустенита в довольно широких пределах с помощью - быстрого нагрева. Из сопоставления данных о кинетике роста зерен слоя и сердцевины при 1000° С следует, что зерна слоя растут быстрее зерен аустенита, приближаются к ним, но не превосходят их по размерам. Зерно аустенита как бы ограничивает рост зерна образующегося на нем слоя. Таким образом, скорость нагрева можно использовать как эффективное средство изменения структуры диффузионного слоя.