Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Известно, что основными путями для проникновения диффузанта, являются нарушения кристаллического строения. Поэтому перспективным является создание материалов, имеющих большую протяженность границ зерен, что будет способствовать ускоренному протеканию диффузионных процессов.
В качестве объектов исследования были использованы образцы многослойных материалов после диффузионного насыщения атомом внедрения — азотом. Многослойные металлические материалы получают путем горячей пакетной прокатки в вакууме при температуре 1000 °C. Слои двух типов сталей различного химического состава собираются в пакет, который в дальнейшем подвергается горячей прокатки [1]. В результате формируется заготовка толщиной 10 или 2 мм, состоящая из 100 или 2000 попеременно чередующихся слоев, соответственно. Микроструктура полученного материала имеент ламинарное строение с толщиной слоя от 100 мкм до 1 мкм. Так же известно, что слои имеют угловую разориентировку в диапазоне от 15 до 20 °C [2].
В данной работе рассматривается многослойные материалы, состоящие из попеременно чередующихся слоев салей 08Х18Н10 и У8 после первого и второго технологических циклов с толщинами слоев 100 мкм и 1 мкм, соответственно.
Химико-термическая обработка азотированием проводилась в газовой атмосфере в среде аммиака со степенью диссоциации 20...40 % при температуре 540 °C в течение 45 ч.
Для исследования полученной структуры были подготовлены шлифы и проведен металлографический анализ с помощью оптического микроскопа OLYMPUS CX33.
Микрострукутра многослойных металлических материалов после азотирования приведена на рис. 1.
Оценка микроструктуры показывает опережающую диффузию вдоль границ зерен, что подтвеждает гипотезу о том, что создание материалов с подготовленной структурой дает возможности увеличить глубину проникновения диффундирующего элемента. В первую очередь движение азота происходит по границам с дальнейшем оттоком диффузанта в слой.
Металлографический анализ показывает, слои сталей 08Х18Н10 и У8 насыщаются по-разному. Однако на поверхности и той, и другой стали образуется нитридная корка. Различное проникновение диффузанта связано, в первую очередь, с возможностью стали растворять диффундирующий компонета, то есть азот. Так, диффузионные мениски наблюдаются в слоях легированной стали 08Х18Н10 в связи с тем, что легирующие элементы повышают растворимость азота в стали [3].
В слоях стали У8 не наблюдается активной объемной диффузии, так как углерод снижает подвижность углерода [4].
Оценить коэффициент зернограничной диффузии возможно с помощью модели Фишера [5]. Согласно этой модели коэффицент зернограничной диффузии возможно оценить с помощью соотношения
где основной характеристикой, позволяющей оценить коэффициент зернограничной диффузии, является параметр θ — угол наклона концентрационного профиля.
Так, с помощью металлографического анализа возможно выявить данный угол и рассчитать коэффициент зернограничной диффузии (рис. 2).
Расчеты, проведенные на образцах, показали, что коэффициент зернограничной диффузии составляет 4,3 · 10–8 м2/с. Толщину межслойной границы δ принимаем за 10–9 м.
Также с помощью разработанного технологического процесса возможно получить многослойные материалы с толщиной единичного ламинарного слоя 1 мкм и количеством слоев 2000 шт. Благодаря этому, возможно увеличить протяженность границ зерен, что может привести к увеличению глубины проникновения диффузанта.
Разработанный технологический процесс позволяет получать объекты, в которых подготовленные границы обеспечивают ускоренную диффузию насыщающего элемента. Микроструктура данных объектов позволяет с помощью оценки угла наклона концентрационного профиля определять коэффициент зернограничной диффузии. Возмжности технологического процесса позволяют получать исследуемые объекты с различной степенью структуризации, что может благоприятно сказаться на глубине проникновения диффундирующего элемента.
