Рис.
4.
Зависимость
С = f (.«)!
а — построение диаграммы для расчета процесса диффузии;
6 — диффузия в полуограниченное тело нз постоянного источника
При смещении плоскости с
постоянной концентрацией С, параллельной
граничной поверхности, в глубь слои
т. е. перемещение плоскости с
определенной концентрацией диффундирующего элемента С при постоянной
концентрации на поверхности С0 будет подчинятьси
параболическому закону:
(9)
где а —
постоянная.
Выражение (8) может быть
использовано как для определения коэффициента диффузии D по известному
распределению концентрации диффундирующего элемента, так и для нахождения
его распределения, если известен коэффициент диффузии, а условия насыщения
определяются соответствующими граничными условиями.
Зависимость С = f (х) при известном %
(рис. 4) может быть получена посредством
химического, спектрального, рентгеноспектралыюго методов анализа или
измерением характеристик, зависящих от концентрации ^микротвердости,
внутреннего трения и т. д.) или определением относительной
концентрации с помощью радиоактивных изотопов [4,
7]. Величина
находится по значению С (дг)/С°, полученному по экспериментальной
кривой распределения, с помощью специальных таблиц [60].
Применение выражения (8) для
определения коэффициента диффузии по экспериментально полученным кривым
распределения диффундирующего элемента по толщине слоя после ХТО
обеспечивает точность до порядка величины. Это связано прежде всего с тем,
что при ХТО не всегда можно пренебречь временем насыщения поверхности
до концентраций, равновесных е окружающей атмосферой, в то время как
решение уравнения Фика (8) предусматривает постоянство поверхностной
концентрации диффундирующего элемента. Кроме того, концентрация на
поверхности является характеристикой взаимодействия насыщающей среды
с обрабатываемой сталью и ие всегда может быть определена по
диаграмме состояния чистый металл — диффундирующий
элемент.
В реальных процессах ХТО
концентрация диффундирующего элемента па поверхности изменяется,
асимптотически приближаясь к равновесной при данных условиях
насыщения. Этому условию удовлетворяет решение уравнения (4)
с граничными условиями III рода (7), которое имеет вид (при
условии неизменности потенциала окружающей среды С0 (т) =
const):
(Ю)