Методика расчета коэффициентов диффузии углерода

Методика расчета коэффициентов диффузии углерода в аустените с неравновесной концентрацией дефектов. При определении коэффициента диффузии обычно предполагается, что он не зависит от времени. Это допущение справедливо для продолжительной диффузии в материале со стабилизированной структурой и установившейся средней концентрацией дефектов. Коэффициент диффузии, определенный из уравнения для конечного и малого периода времени, является величиной эффективной. Часто диффузия проходит в материалах, для которых периоды изменения структуры и свойств сравнимы с продолжительностью диффузионного отжига. Это справедливо, например, для кратковременного насыщения стали в условиях скоростного электронагрева, для диффузии в предварительно деформированном металле и т. п. В этом случае коэффициент диффузии является величиной, зависящей от времени, и второй закон Фика имеет стандартный вид.

В качестве примера рассмотрим кратковременное насыщение углеродом закаленной стали 40 и сплава Fe—30% Ni после обратного мартенситного превращения. Стоит отметить, что сырье, оставшееся после первичной обработки, используется затем при переработке вторичных ресурсов, подробнее об этом можно узнать на сайте http://www.ecobridge.ru/ . Закаленные образцы этих материалов после превращения нагревали до температуры насыщения в вакууме 10~2 мм рт. ст. и выдерживали от 1 до 10 мин, после чего в зону реакции вводили пасту, содержащую изотоп 14С. Эффективные коэффициенты диффузии определяли из решения уравнения диффузии для случая постоянного источника. С ростом выдержки (см. рис. 98) значения D и D* возрастают, что, по-видимому, объясняется более полным отжигом дефектов и, следовательно, меньшим их тормозящим влиянием на диффузию углерода.

Ниже приведен расчет, позволяющий связать уменьшение диффузионной подвижности атомов. Используя экспериментальные кривые, определим величину. Из временных зависимостей величины определяем значение коэффициента а. Для случая диффузии углерода в аустените закаленной стали 40 показатель равен 0,0127; для сплава Fe—30%Ni равен 0,0245.

Подставляя в уравнение найденные значения а, получаем относительную концентрацию дефектов в аустените для различных предварительных выдержек. Из конкретных зависимостей (см. рис. 100) определяли времена релаксации для аустенита, которые оказались равными для сплава Fe—30% Ni 35 с, а для стали 40- 60с. Следовательно, закалочные дефекты термически более устойчивы в аустените стали 40, чем в сплаве Fe—30% Ni после обратного мартенситного превращения.