Особенности строения диффузионной зоны

Диффузионную зону на шлифе можно выявить травлением благодаря измененному химическому составу поверхностного слоя. В однофазной зоне концентрация плавно изменяется от поверхности в глубь изделия (смотрите рисунок Распределение концентрации в однофазной зоне), и поэтому под микроскопом граница такой зоны размыта или чаще вообще не выявляется.

Если диффузия сопровождается фазовыми превращениями, то строение диффузионной зоны резко отличается от структуры глубинных слоев. Различие в типе решеток и скачок концентраций на границе новой и исходной фаз обусловливают резкую разницу в травимости по обе стороны от этой границы или способствуют вытравливанию самой границы в виде так называемой диффузионной линии.

Расстояние от поверхности изделия до границы с исходным раствором (L1 на рисунке Распределение концентрации элемента В) обычно принимают за условную глубину диффузионной зоны (фактически глубина ее L2 больше на величину слоя исходного твердого раствора измененного состава).

Кристалы новой фазы, образующейся в диффузионной зоне, имеют столбчатую форму.
Объясняется это тем, что кристаллы новой фазы растут только у границы слоев разных фаз, где из-за диффузионного притока элемента поддерживается пересыщенность исходной фазы. По мере продвижения границы слоев в глубь изделия растут в этом направлении и кристаллы новой фазы.


Микроструктура диффузионной зоны

Микроструктура диффузионной зоны

Микроструктура диффузионной зоны после насыщения железа молибденом
при 1200 °С в течение 12 ч. X 200 (Г. Н. Дубинин).


Если при охлаждении с температуры химико-термической обработки происходит фазовое превращение, то столбчатые кристаллы фазы, образовавшейся при диффузионном насыщении, заменяются равноосными кристаллами фаз, появляющихся при охлаждении.

Диффузия по границам зерен идет быстрее, чем в их теле, и поэтому при химико-термической обработке иногда можно наблюдать более глубокое проникновение диффундирующего элемента по границам зерен исходной фазы и выделение здесь в виде сетки кристаллов новой фазы. Однако при сравнительно высоких температурах, при которых обычно и проводят химико-термическую обработку, разница в скоростях диффузии по границам и телу зерен нивелируется.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Азотирование

Азотирование стальных изделий проводят в аммиаке, который при нагревании диссоциирует, поставляя активный атомарный азот: В системе Fe — N при температурах азотирование могут образовываться следующие фазы: α-раствор азота в железе (азотистый феррит), γ-раствор азота в железе (азотистый аустенит), промежуточная γ-фаза переменного состава с г. ц. к. решеткой (ей приписывают формулу Fe4N) и промежуточная ε-фаза с…

Диффузионное насыщение металлами

Металлы растворяются в железе и других металлах по способу замещения и потому медленнее, чем неметаллы, диффундируют в изделие. Как правило, диффузионное насыщение металлами проводят при более высоких температурах, чем насыщение неметаллами. Типичные примеры — алитирование и хромирование. Алитирование (алюминирование) применяют для повышения окалиностойкости сталей и реже чугунов. Алитируют также литые лопатки газотурбинных двигателей из жаропрочных…

Разновидности химико-термической обработки

В промышленности применяют множество способов химико-термической обработки, различающихся диффундирующими элементами, типом и составом внешней среды, химизмом процессов в ней, техникой исполнения и другими признаками. В зависимости от агрегатного состояния внешней среды, в которую помещают обрабатываемое изделие, различают химико-термическую обработку в твердой, жидкой и газовой средах. Атомы диффундирующего элемента поступают из твердого вещества в местах прямого…

Диффузионное насыщение неметаллами

Поверхностное насыщение стали углеродом и азотом или совместно этими элементами — наиболее широко используемые процессы химико-термической обработки. Углерод и азот растворяются в железе по способу внедрения и поэтому могут быстро диффундировать на значительную глубину. Активные среды, содержащие эти элементы, дешевы, а фазы, образующиеся с участием углерода и азота в процессе насыщения или при последующей термообработке,…

Образование многофазной диффузионной зоны

В однофазной диффузионной зоне при охлаждении изделия с температуры химико-термической обработки могут протекать фазовые превращения: полиморфное превращение твердого раствора, эвтектоидное превращение, выделение избыточной фазы и др. Допустим, что во время науглероживания железа при температуре t1 (выше 911 °С) концентрация углерода на поверхности изделия возрастает от точки а (чистое железо) до точки b, не достигая границы…