Цементация стали

В данной главе рассматривается влияние различных видов предварительной обработки и нагрева ТВЧ на диффузию углерода в аустените и на процесс цементации в целом.

1. Диффузия углерода в аустените с неравновесной концентрацией дефектов. Несмотря на значительное количество работ по изучению диффузии углерода в железе и стали, многие вопросы остаются неясными. К ним в первую очередь относятся взаимодействие атомов углерода с различными дефектами структуры и влияние последних на диффузионную подвижность углерода. В большинстве работ исследована диффузия углерода в а-железе и экспериментально показано тормозящее действие вакансий и дислокаций при относительно низких температурах. Нет достаточно убедительных данных по влиянии дефектов структуры на диффузионную подвижность углерода в железе. В связи с этим представляло интерес изучить влияние дефектности структуры аустенита, создаваемой различными способами (скоростной нагрев, холодная пластическая деформация, предварительная закалка, обратное мартенситное превращение), на диффузию углерода.

В экспериментах выбрано малое время насыщения (1—15 мин), поскольку длительная выдержка в области высоких температур приводит к уничтожению неравновесной концентрации дефектов и, следовательно, к полному устранению влияния предварительной обработки. Стоит отметить, что столь же малое время (от 15 до 30 минут) уходит у профессионала, чтобы провести качественный ремонт кондиционера в Москве. При небольшой изотермической выдержке абсолютная ошибка в определении коэффициентов диффузии существенно возрастает, но поскольку насыщению подвергали одновременно предварительно обработанный и отожженный образцы, эта ошибка была для них одинаковой.

2. Предварительная закалка и диффузия. При быстром охлаждении с высоких температур значительная часть равновесных дефектов сохраняется. Если в металлах нет полиморфного превращения, то дефекты, зафиксированные закалкой, являются в основном вакансиями. При этом для элементов, образующих твердые растворы замещения, наблюдалось ускорение диффузии. В процессе закалки Fe—С сплавов в результате превращения возникает большое количество дислокаций и повышается дисперсность а-фазы. При последующем нагреве такой несовершенной структуры возможно наследование части этих дефектов аустенитом. Очевидно, этим и определяется влияние предварительной закалки на диффузию. С увеличением числа закалок коэффициенты диффузии углерода уменьшаются, что объясняется, во-первых, появлением микротрещин и, во-вторых, наличием в аустените, полученном при нагреве после закалки, значительных дополнительных энергетических барьеров». По мнению автора,, с ростом температуры микротрещины залечиваются быстрее эффект замедления диффузии уменьшается. Однако процесс залечивания микротрещин, очевидно, лимитируется скоростью самодиффузии железа, поэтому трудно ожидать, чтобы повышение температуры всего на 30 град (с 930 до 960° С) привело к значительному уменьшению количества микротрещин в закаленном образце, особенно учитывая малое время выдержки.