Page 33 - Zmist-n2-2015
P. 33
У сталі 25 після попереднього ПД перліт у дифузійному шарі має дисперсні-
шу будову. При цьому, що вищий ступінь попереднього деформування, то біль-
ша дисперсність перліту. В перліті спостерігали дрібнодисперсні виділення бори-
ду Fe 2B, бороцементиту Fe 3(CB) та кубічного борокарбіду Fe 23(CB) 6. Бороцемен-
тит Fe 3(C,B) був присутній як у вигляді окремих включень на межах зерен, так і в
перліті. На глибині 1,5 mm спостерігали виділення a-Fe, однак їх об’ємна частка
зменшилась порівняно з попередньо відпаленими зразками.
Для розрахунку коефіцієнтів дифузії бору та карбону необхідно враховувати
взаємний вплив цих атомів на дифузію один одного (за умови с 1 + с 2 + с 3 = 1, де
с 1 – концентрація карбону; с 2 – концентрація бору; с 3 – концентрація заліза). Для
знаходження коефіцієнтів дифузії карбону та бору за бороцементації можна пе-
рейти до розв’язання системи диференціальних рівнянь, які за зазначених вище
умов мають такий вигляд
2
¶ C ¶ C¶ C¶ 2 C¶ ¶ C ¶ C ¶
1 1 2 1
= D 11 + D 12 , = D 21 D + 22 ,
t ¶ x ¶ x¶ x¶ t ¶ x ¶ x ¶ x ¶
де D 11 – коефіцієнт дифузії карбону; D 22 – коефіцієнт дифузії бору під дією влас-
них градієнтів концентрації; D 12 – коефіцієнт дифузії карбону під дією градієнта
концентрації бору; D 21 – коефіцієнт дифузії бору під дією градієнта концентрації
карбону.
Розв’язували цю систему рівнянь за таких крайових і початкових умов: С 1 (x, 0)=
= C 10; C 1(∞, t) = C 10, де С 10 – вміст карбону в сталі 25; для бору – C 2(x, 0) = 0;
C 2(∞, t) = 0.
Для розрахунків використовували методику, наведену раніше [14–16]. Ре-
зультати обчислень коефіцієнтів дифузії бору та карбону показані в табл. 3.
Таблиця 3. Результати розрахунку коефіцієнтів дифузії карбону
та бору за бороцементації сталі 25
2
Вид попередньої ξ, Коефіцієнт дифузії, сm /s
обробки % D 12
D 11 D 21 D 22
–7
Відпал 0 2,64×10 4,3×10 –7 4,56×10 –7 5,3×10 –7
–7
7 8,2×10 6,9×10 –7 1,7×10 –6 6,49×10 –7
Холодне ПД
–6
25 6,5×10 8,1×10 –7 3,81×10 –6 9,82×10 –7
Коефіцієнт дифузії карбону за цементації сталі 25 при 1273 K дорівнює
–7 2 –7 2
2,45×10 сm /s [17], а за температури 1373 K – 6×10 сm /s [18], а у твердому роз-
–7
2
–7
2
чині γ-заліза – карбону 1,26×10 сm /s; бору 2,4×10 сm /s [16].
Результати розрахунків (табл. 3) показали, що числове значення коефіцієнта
дифузії атомів бору більше, ніж карбону, але за результатами пошарового спект-
рального аналізу бор має меншу глибину дифузійної зони. Крім того, він збіль-
шує коефіцієнт дифузії атомів карбону (табл. 3). Його вплив можна пояснити
тим, що бор є горофільним елементом [15, 16]. Відомо, що під час цементації на
межах перлітних зерен можливе утворення цементиту Fe 3С [17–19]. Бор ак-
тивніше взаємодіє з дефектами структури, ніж карбон, і може утворювати на них
надлишкові боровмісні фази [20–23]. Таким чином, він витісняє частково карбон
з меж зерен аустеніту. Бор у сплаві зміщує точку евтектектоїдного перетворення
A c1 в напрямку меншого вмісту карбону [24, 25]. Тому в результаті бороцемента-
ції на межах перлітних зерен спостерігали не глобулярні включення цементиту, а
дрібнодисперсні включення бороцементиту Fe 3(CB) (рис. 5а). Крім того, у цемен-
титі Fe 3С атоми бору можуть заміщати до 80 at.% атомів карбону. Енергія Ґіббса
32
