Рис. 12. Схемы диаграмм состояния железо — диффундирующий элемент (а), кривые изменения концентрации диффундирующего элемента по толщине диффузионного слоя (о")
и
строение
диффузионного
слоя
(в)
областям диаграммы фазового
равновесия Ре—М (М — любой другой элементг пересекаемым
изотермой при температуре насыщения. Диффузионные слон образуются в
той же последовательности, что и однофазные области на диаграмме
состояния.
Следовательно, природа
первичных образований, фазовый состав и изменение концентрации по
глубине диффузионного слоя могут быть описаны диаграммой состояния:
железо — диффундирующий элемент.
Как уже было отмечено, атомы
диффундирующего элемента Э
переходят в железо в том случае, если его химический
потенциал в насыщающей атмосфере
(|ЛЭ) ВЫШе, Чем
В
Железе
(Цре)'
При температуре
<х (рис. 12, а)
диффузия протекает в а-решетке, а при tx (рис. 12, б) в у-решетке без
фазовых превращений. Следовательно, при температуре насыщения
существуют только а- или у-твердые
растворы, и концентрация диффундирующего элемента (химический потенциал)
постепенно уменьшается от поверхности в
глубину. Скорость проникновения диффундирующего элемента
9 в глубь железного образца определяется
градиентом химического потенциала с/цэ/'& (градиентом
концентрации йС1йх)
и коэффициентом диффузии Л). В начальный период
диффузии значение сйд.3/Лс (йС1йх)
велико и общая толщина диффузионного слоя быстро
растет. С течением времени градиент концентрации и скорость роста
диффузионного слоя уменьшаются.
Концентрации диффундирующего
элемента на поверхности зависит от активности насыщающей среды,
обеспечивающей приток атомов этого элемента к поверхности, скорости
диффузионных процессов, приводящих к переходу этих атомов в глубь металла, состава и структуры образующих
фаз.
Диффузионный слой для
рассмотренного случая по микроструктуре можно определить только по
оттенкам травимости.
Насыщение при температурах
4
и <8 (см- Рис- 12)
сопровождается фазовой перекристаллизацией. В случае диаграммы состояния с
замкнутой областью у-фазы (Ре—Сг, Ре—А1, Ре—Б1 и др.) диффузия
первоначально протекает в у-фазе, а по достижении на поверхности предела
растворимости происходит фазовая перекристаллизация у—* а (рис. 12, а).
Зародыши а-фазы образуются на поверхности в местах выхода
границ зерен, блоков, скопления дислокаций и других дефектов
строения, где более быстро достигается пересыщение у-фазы диффундирующим
элементом, легче возникают флуктуации концентраций и энергии, необходимые
для образования зародыша а-фазы
критического размера и меньше работа его образования.
Поскольку
