автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.14, диссертация на тему:Моделирование технологического процесса диффузионного карбидного поверхностного легирования

ХШ1ВСШЙ ПОЛШШЧНИЯ ШСШГИ

На правах рукопису

ЧШоВА ЛШя Сшвна

МОДЕЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОПЧНОГО ПРОЦЕСУ ШУЗШОГО КАРБЩОГО ПОВЕРХНЕВОГО ЛЕГУВАННЯ

05.17.14 - Х1м1чний onip матер1ал1В та эахиог

BÍД K0p03iï

Автореферат дисертацП на здобуггя наукового ступени кандидата гехнхчних наук

XapsiB - 1993

3,исерта*дею е рукопис.

Робота виконана в^Харихвсысому полхтехн{чному Шсштугг Науков! кер1вники:

доктор гехН1Чних наук, професор Ткач Григор1й Анатолиевич, кандидат технгчних наук, старший науковий спхвробгтник Новаковський Вадим Михайлович

0ф1Ц1йН1 опоненги:

1. Доктор технгчних наук, професор Браг!на Людмила Лазаревна

2. Кандидат технгчних наук, професор Шагайденко В1Ктор 1вакович

Провхдна органхзащя Харк1вське науково-виробниче об'еднанкя "Карбонат", м. Харкгв

Залист вхдбудетъся: "..4^." РЛ.л .41... 1994 р. на заел -данн. спецхалхзованох вчено'1 ради К 068.39.03 в Харк1вськсму пол1 гехнхчноыу 1нституп /310002, м. \apKiB, вул. Фрунзе,21/

3 дйсертащею мокна ознайомигися у б1бЛ1Тгец1 Харкхвськогр полхтехнхчного 1нституту /31ии02, м. Хар1йв, вул. Фрунзе,21/

Автореферат р-зхс ланий

Зчений секретар

опец!ад1 зовано! вчемо! ради Якименко Г.Я.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЮБОТИ

Актуальн!сть.робота.Вироби га споруди з металу складають найбгльи значну та коштовну чаотину основная виробничих фонд!э будь-яко}' промислово розвинутоУ краг'ни 1 хх захисг В1Д короэ!? ста^ вахливою проблемою.

В д!м1чн1й промиоловост! вграти металу вхд короз!'х у 2,8 рази вище в порхвнянн! з середн!ми по вс!й сфер! використання металу, тому для ц!с? галузт короз!йна от1Як1сть або х!м1чний,-оп!р конструкц!йного магер!алу- одна з найва*лив!ших,чо визначае над!йн!сть га строк служби технолог!чного устаткування.

При деф!цит! в кра'1н1 титану, нержав!пчих сталей питания розвитку х!м1чного машнобудування можуть бути вир!шен! т!льки при викориоганн! нових, сучасиих технологий. Одна з них- техно-лог1я дифуз!йного карб!дного поверхневого легування /ДКПЛ/ ¿углецевих огалей. Проте, впровадженно технолог!! ДКПЛ заважае в!доутн1оть ряду зв'язаних з удосконалвванням процесу доол!дяень. Тому акгуальниыи е доол!дження по моделюваннв технолог!чного процесу ДЮ1Л э метою впровадяення його на промиолов!й л!н11.

Мета роботи.Розроблення ф1 з1ко-х!м1чно'1 та математично! модел! взаемодГх м1ж власним вуглецем чорного металу, який легу-емо, га наснчуючим карбгдоутворювачеи, гтридатноУ як для фунда -ментального досл!дження механ!зму формування покривно? карб1д -но! фази,так { для технолог!чних розрахунк{в,та регулювання процесу ДКПЛ на промислов1й л!н11.

Негоди дослздення.Теоретичною та методолог!чною основою досл!джень стали розробки в!тчизняних та заруб1жних учених по вивченнв механ!зму. дифуз!! в процесс х1М1ко-терм!чно? обробки /ХТО/ га взаемод!! насичуцчих елеменг1в з робочим середовищем. Застосован! метода теорН к1негики х1м1чних реакц1й,математичне моделювання, а такох м1кроренггеноспектральний,фрактограф1Чний,, фазовий, мегалограф!чний методи анал1зу.

Наукова новизна.Уперше проведено сисгематичний ф!зико-х1м1чний анал!з процесу;

- ввд!лен1 стад15Ё, як1 мають оп!р не дифуз}йного типу;

- виведена га вир!шена методом к!нцевих р!зниць система диферен-ц!альних р!вняннь другого порядку, що описуе процес легування, ик зуотр!чну нестац!онарну дифуз!ю з моногонно-розс!яним погли-

нанняк дифундувчих агентов та Хх взаешою реакц1ею; - на основ1 анал1зу та вир1>аенкя зрпбяено га обгрунтовано вио-новок пгр кригичну кпнценграц1ю вуглецю 0,2

Практична Ц1ин{сть . Результата георегичних дослгджень використан! в технолоНчких розрахунках при сгворешп промио яовох л{к!I пооцесу ДШТ1 на Сумськоыу науково-виробничому

Об'кдняннг.

Апробац1я робот. Основа результата роботе пвв!домлен1 ш Зоеоовзнхй науково~геха!ч(н1й конференц1-1 "Прогресивн1 мегбди и заооби захисту металхв га вирс^в вЦ корозх! "/ м. Москва/ , на Всесоюзна .нарадг "Шдвищення ефективносгх га надЩноот1 машин та апарат1в в основой хЪп? " /м. Суми/, допов1дались н<

нтн при дат.

По материалам роботе е 5 публ1кац1й, в тому числ1 3 стагг1 та 2 авгороьких свхдоцтва.

Структура га обсяг робота , Робота складаеться з встугсу, чогирьох глав, вионовк1в, описку викорисгано! лхтер&гури / цо вклвчае 44^3 найменувань/ га додагк1в.2

Робота викладена на сторхнках машинописного тексту.

Вк1щуе 29 1люсграц1й та таблиць- 5. На захисг винооигься:

- зико-х1м1чиа та к&текаткчна модель прпцесу вд.фуз1йного хром вакня вуглецево'г стал!, яка ураховуе кинетику взаемодГ* хром вуглець;

- результата га анал!з роярах,унк!в по ц!й кодел!, включавчи механ!зм форкування шару на поверхн! матриц^

- практична перевтрка розрахунк1в по експеркментальним дакик г рекомендацН' для промисловох Л1их 1.

Робота виконана в рамках национально! науково-техн1чнох" програми ЛКНТ Укра'хни.

КОРОТКИЙ 341СТ ЮБиТИ

В перчпй глав{ проанал1 зована монограф1Чна глгература та публхкацП при свячен I ди|>у зхйному псверхневому легуванню та ¿ивченню механ}зму дифузГх в пр^цесх х1м1кп-герм1чно! сбробки. Розгляиуто гакож гзаемод1ю насичукмих епеаентхв з робочш се редовияем та вплив р4зних фактов на фор-ування разового скле

'ЧЯ г,у.

.Анал!э л!тератури показав, цо а сучаск1й тeopiY форму вання дифуз!йних пскригть розглянуте доотатньо строке коло эадач, де э викорисганням р1вцяиь математачноЪ' ф1зики роз -глядавться процеси одно- га багатокомпонентного легування..

При цьому, в основному, проробпен! задач! про паралельи! одконаправлен! потоки р$зних компонент!в. Х!м!чсл взаемод!я з матрицео т компонент1в к!ж ообов урахозусться окЛсио. ■ Наоичуючий олемент нвзалежно п!д х!м!чного зв'язку в матриц! вважаеться розчинении в н!П. Пскривна фаза при ДКЛЛ - класич-ний продукт х!м1чнз? реакц!Х кар^доу творпвача з вуглецем. Отче, не включаючи цв рзакц2 ю карб 1доу творювання в явному вигляд!, процео взагал! не можна описати адекватно. На основ! теоре точного аиал!зу нам!чен! задач! досл!даення: ф1зико-х1м1чний опис та матеиатичие вир!оення ново? спец1алшо1 задач!, що охоплпе процеси' зустрхчно? дифуз!? т х1Мхчно1' ваасмод!х карб!доутворввача -з вуглецем металу.

В друг!П глав! розглянуто процес касичення хромом матриц!, вуглецево"! стал!. За умовами гер-юдинамхчннх р1виоваг насучу--чий елемент мае утворивати в матриц! карб!ди, тобто вступати в сполу у не з основним неталом, а з розчиненоя в ньому малою до-м!шкои вуглеци. Для вивчення прсцеоу була побудоваяа схематична фазова модель г!потегичного пару, к рис тал! в карб!ду, «о не" ' ' з!икнул»сь,в матриц! вуглецево? стал!, яка дифуэ!йио насичуеться хромом / кал. I/.

г

7>Гл

ш

г /

•г ! сг

Мал. I. Схематична Чазова модель г!погетачного шару крис-дал!в. карб!ду, що не з лиоь,в матриц! вуглецево? ' стал!, яка дифуз!йно насичу ~ сться хромом, до; К - пристали карб!ду, розташовац! в иа-р!, який в^ок^емлюс поверх -. нзву зону матриц! I в!д_П , об'ему 2;. 3 - мережа прсзар -к1в, як1 утворюе матриця нтх криоталами, що не з!мкиулиоь,

через як1 зона I та зона 2 дифуэ1йно сполучапться одна'з одною.

Хгд теорзгичного розгл.яду на ц!Й ¡¡одел! кинетики в дафуз!?

[1/

npuBiB до анал1зу 2-х гхпотетичних гигпв матриц!: текучо! та пружньо!.

Текуча матрица icroTHoro "механичного" опору росту та змиканню кристал!в карб1ду чинити не мусить.

ГНд пружньою матрицею розумхемо хдеал1зацхю протилежну попереднхй, тобго проза рок матрицг Mir би од(пею своею пруд-ньою прогид1ею запоб1гти змиканню кристал1В карбгду.

Пси 31Ставленн1 двох розглянугих вище моделей належить констагувати, що реальна ситема може в rifl чн 1ншхй форм1 та nponopui'i сполучати властивост1 кожно? з них.

Проанал1зован1 фазовх умови рпсту карб1дних кристалхв в реальней матриц1 /мал.2/, яка дифуз!йно насичуеться хромом.Показано, що процес дирузГ1 в нхй носить нестацхонарний характер, а гакож доведена необх1дн1сгь наявностх в диферешНальному р1в-нянн1 $1ка К1нетичного члену, що описуе швидК1Сть реакцй'.

Установлено, що 0П1р матрищ дифузШому П1дведенню хрому га вуглецю в зазор я1ж кристалами, що ростуть, та П в'язкий оп1р власному витисканию з зазору практично виключаить р1вно-М1рне осадження карб1ду в зазор1, отже 1 ймов1рн1сгь змикання кристалхв в однорхдну фазу карб1Д1В в матрищ.

Таким чином, виходячи з положень тИзично! х1мН, суц1льний пар карбШв хрому /творлаться на поверхн! середньовуглецевох стал{.

Д1йсно, На попер'ечному шл1ф1 легованого зразку внще пок -ривно! Ьази других шархв нема, не наочно доводить, що карб!дна фаза угворюегься не в ппверхневих шарах матриц!, а поверх них.

Це розкривае суть зм$н у прпцео1, як1 визначають немоно -тонкий зв'язпк плчагкпвш визгом вуглецю в стал; га 11 к1нцевои.сгхйК1Сго п{сля дифуз1йнот хромування.

Cr

Ыап. 2. Схема росту карбидного крисгала в реалыпй магриц1 з обмеженою пруянхсгв в зуотр1Чних дифуз1йних потоках хрпма та вуглецю, це I -екрануючх заслони.

J

1ог!чно доведено, що механгзм угвпрения зазначено1 фази мае ппдягаги в прям!й уемпспрбц1йн1й ftiKcauff хрома на поверхн1 за учаотю дифузШо рухливогп вуглецэ, щ" *ímí4ho екстрагуе Í3 стали Це звернений npoqec, альтернативний дифуз!Иному насичен-ню.

BtH буде проrtкати тому, що завдяки сгех1омегричн1й бага-товархан thoctí карбШв хрома, кохна сторона шару виявить себе ефективним хеиосорбентом того компоненту, в зону 1снування яко-го »она звернута.

OpisHTOBHO можна вважаги, що граничне атомне в1днпщення-G:G2 на внуTpimHiñ сторон! покривно? {зази / яка хемосорбуе дифу31йно-рухливий вуглець стал: / не надто В1др1зняеться вхд 2:3 /гобто приблизно в1дпов1дае вищому карб1ду Gt3C¿ , в якому хром зв'язаний мхцнхше усього/. На зовнхдшй cropoHi /де хемо-сорбуегься хром/ це вгдношення мае лрямувати приблизно до I:^ /нижчий карб!д , де мгцнгш за все зв'язаний вуглець/.

йз на дифузгп кожного компоненту накладаеться реакцхя карбхдоутворения, го реально, це означае, що концентрацтя кожного компоненту /наприклад кг>нцентрац!я хрому - cá/ розпада -еться на дв1 складов! часгини: - конценграцгп цього компонента розчиненого в матриц! / р /; - та формальку концентра^ ю на той же об'ем, того ■%■ компоненту, але уже такого, що ввхйшов у склад продукту реакцГх

Одержуемо в рхвняннях §!ка член розпадаеться вхдпов1Д-но на два додагка: /для анапоНчно для

3 свою чергу , „ виоазили як функцЛ .

кониентра^й хрому - , бору - с,, вуглецю - с5, зкориставшись ртвнянням формально? к1нетики: / де - [¡-концент-

рация карб1ду хрому/.

Для як1Сних розрахунк1В теоретично оцхнили область можли-вих знач!ннь К /кэнстанги швидкосй реакцН/.

Дяя консганти швидкост! реакцй" míjk коммоненхами I та 3 _ ця оцшка виражаеться HepiBHicrw K<J,S-ÍO , а п розмгpHici-ь:

т= см3 - ' -

LnJ моль-с • .

Ми приводимо магематичну модель, створену для б1льщ за -

гального випадку, коли в середовище, яке мхстить реагент 3, ди-

фундують назустрхч йому зразу два реагенги I га 2. При цьому

ураховуегься хгмгчна взаемод1я peareHTiB 1-3 i 2-З.Перший Bapi-

анг /дифузП одного реагента I в середовище, яке мхсгить pea.-' -.

б

-гент 3/, розраховуеться по Ц1й б{льие загальн!й матемаптпй • иоделг пр«1 припущенн!, що концентрация реагента 2 м!н1мальна '/бтзъко

• Магематична модель мае вигляд систеии нелШйних диферен цхальних р!вняинь в часткових пох!даих парабол!чного .топу

-чье*

^са -г ЪгСч

~ ~ с3 ~ «¿з сгсг , О эс4 и

Виходячи э принятих апр1ор1 умов процесу ДКПЛ вябраш гра ничн{; <

л Г _ » - /

(3)

сго , . ( (2)

та початков! умови

04.о< сао' сзо " почагковх кониентрацИ даних речовин.

Ця система в оукупносг! з початковими та граничкими уис>~ вами вир1шубгься к!нцево-р|зницевиы методом по нсявн1й р!зни цеа1й охет.

Тут Од, с^, о. - концентрацП хрому, бору та вуглецю,в!д лов1ДНо, »^- кое|)хц5бнти дифузН хрому, бору г вугяецю -йш* ; {{ та -коеф!ц!енги взаемних ивидкоотег реакций ^т-Ф-, розрахован! теоретично; £ - товщина ппастя

с УЧСЛЬ * , I

ни, см; х - по точна говщина (04X4 и); -час.який локаэуе тривал!сть процеоу, с. • . .

■Задача (1)-(3) була вир1шека методом прогонки, по неявн1 охем1......_

У ход! Гнтегрування систем« р1вняннь (1)-(з) уперше виз начаетьоя.концентрация карсИду хрому; яка обчиолюегься^по

формул!: t

га чао порзинного змикання карбхдного aapy.

Впзначаюгьоя тако:* розподшт кснценграцП логуочих компо -пент!в га вуглецю по глибжп зразка.

Алгоритм вир!теиня реализовано в nporpaut для EOi-l. Автомата зоване вирЬення задач! зд1Яснено на SC-I06I на мов! програму-вання ПЛ-1.

Ми приводимо <5лок-охему програля /мал.З/, дэ: S(l)- значения коиценграцгй карб!ду хрому, по товвднх плаотини; С(Ь,1) - созпод!ли хонцекграц1й компонеят!в по гов-

пин} плаотини;

CMTW

- низсив граничне значения концентрации DT0 - чао,через якгШ величина кянценграц!i карбиду хр№/ досягнэ максимального значения 0,ü3 гтзсвшшого змикання харбгдцпго аару/;

УIT- х{лья!сгь }гзрацхй по чаоу; ММАХ - ¡шкогиальаа к!лыс!сть 1герац1Я по часу.

В трзт!й raaBi описано досл1дження кШзхяки рорпутння кар-6fдного аару. ,1к махзр!ал досл1дяення игкорзсхали вуглецеву с га л ъ-<\5. Захисг у о/гйиах для хромування проводили при !зотера!ч-н!й вптршщ! е!д 0,5 до 8 годин. uuiutcy ixsocii поверхнево-лзго -вал ого аару здЫснвваяи ацал{зувчи м}кресгруктуру, Фазэзий склад та розпод!я хрому по глабшп дируз!йюго ?дару. Табязця Г. Результат досл1дкень у злягяновг! в{д часу iзотвр -Mt'-iäoi зитрлязиЧ

3 п, T'3pMiu t зогзр4Тов!цглна кар-мхчнох злтр:и|<5$дного шару 211, год. . 1,мкм. Концснткиия хрому в поверхкевом} М1крогвердЮвь на позерхгп пару Hv , кг/кгЛ

I 0,5 10 46 711

2 1,0 15 50 Б'Ю

3 2,0 18-19 52-5'+ ШЗ

k 3,0 23 56-60 1619

5 '+,0 26 72-76 Г/62

б 5,0 зе 82-84 2575

7 6,0 -'Ю 65-90 2035

8 8,0 34 93-97 IlVi

дЯП проводили 7 cyMiaax для чисуого хрмувзняя.

■ИэовиЯ склад цослШуваля на уагажтй "Дроя-3".5ракгогра-

Ма^Д блок-схема розрахункц ^UMKe-ximm« ^орактеристик (гр»цеа/

(УBiq (Ы<$НИХ qoHHX 1

JL

Зд^оння ПОЧСТКО^МХ у моё

Задония допсм'жних Koeg>iK(€KTig уя прогонки 1 -> ^-:—

Премии У/9 ПРОГОНКИ

JL

31сротнии xi| ПрОГдНКИ

Рррауущнс yoHuewpqqiV KapJ.ji) ¿ffl

rJ.l)=CMIN h

.Ht

(»"«ifl.tCV) )

@U3D

НЕНЖтНн

/6M6i5 тщету: Ma КС £«лкч. \ «кет^ц мат. белчч. '

tea« ) г,

фхчний та мхкрорентгеноспектраяьний аналхзи - на установи! "КА-ЖБАКС" у режим! растрового еяектронного мгкроскопу та рентге -нхвського м1кроанал!затора. Металограф1ЧН1 визначення дифуз1й-ного шару проводили на оптичному М1кроскоп1 "Неофог-2".

Як показали результата дослхдаень оптимальний режим 130 -терм!ЧН01 витримки - 5 годин. На прогяз1 цього часу формуеться Ч1тка покривна карбхдна зона. По даним електрозондових вимхрю-зань концентра^я хрому в поверхневтй зон1 становила 82-64 %. Фазовий аналгз карбхдного шару дозволив установит, що зовнхи-н!й шар складаеться, в основному, з карбШв Сг23С€ та С3. Зисока густина карб1дного шару при гзотермгчнхй вигримцх 5 годин П1дтверджуеться величиною М1кротвердосгГ - 2575 Ну - най-вищою з усхх цоацхджених зразк1в.

Зб!льшення часу !эотерм1чно1 вйгримки при хрпмуванн} до 6 - 8 годин не спричинюе пол!пшенню мхкросгруктури пару. Незважа-вчи на високу концентрата хрому на поверхнх утворюеться над -структура, яка призводигь до крихкосп шару $ робить його не -придагним для практичного-викорисзання.

3 четверт!й глав! описано, що досл1джуючи к!нетику ди -Фуз1йного насичування хромом чистого залхза, проводили обчис-лювальний експеримент, який мае значения .-. тарування, та по-р1внювали розрахованг крив1 мал. 4 з емпгричнон кривою мал.5

Мал. Ч. Зм1на проф1лю концентрацГх хрому в по-верхневих шарах чистого зал I за в процесх його дифузного х р ту вання / обчислювальний експе -рииент/. Температура 1300 К. Час з початку процесу: 1-30 хвилин; 2-1 година; 3-2 го-дини; 4 -'5 годин.

Можна в}дм!тиги добру вхдповхднтсть ял форми проф1лю, так I йпго глибини, що пхдтвердткуе адекватн1ст->-модел! для цього випадку.

При дослтд'ченн! к!негики насичення вуглецево! сталх кар -

Па Не

<51 дом, с гадь моделивали, як двохкмтоненгну систему заа!зо-вуг -лець, п1 дсгавГлЯйТ.! в програму на я!сце с3 мпаьну об'вмну кон -цз«трац!в вугкецю в в1дяов!да}й охал!. На црук виводалиоь: роз-под* л по гязбии1 рухяквих хрому та вуглзцв, а гака« мояька кон -ценграц!я карб1ду хрому, Шгзгралько нагромадхеного на дазу мать часу, в вабраних точках ях продукт реакцЦ, час первшшого змикання карб!иного вару.

Мал. 5. Реальний пррф!ль розпод1лу хроиу в поверх-незих нарах залI за, п1дда-иому дцфузШому хрслуван-но прогягом 8 годан пра температур! ГЗСО К.

3/0 ерг

щ-щ-

ыт

1Г

в>

Увзсь цей ммив .фзнкх маяна зЦобразятя гра^тпо яяше за дэяшогоа дзяко! саотзаи розр!э1в, яку ястично прос?1ие над усе печати з к1нцзвсго ¡Ц гьового результату - к{мехэтаях гра-■|)хк1э нароотання егупеав заловвввня пг>эорха1 сил], що яегусмо, карб|дом.

Гра-ДОкя мал, 6 псказувгь, як наргчлае з чаем поверхнева /х-О/ ступень запевпсаия карб!доц Ст^С крив! /1~!л/, га объемна доля карбгду на гяибин! Ю шея криз! /I' - V/.

» I

м

с аз ш й>

"Ж"

ПИ

Пал. б. Моделью гра^кн эросгашш а час!: а/ с?у-пЬа заповаеиня кари!дом Съч С поаерхн! ста! к раз! /1-4/; за <5/ об'зяаа чаехзса цього карб!ду на глнбзн! Ю пгм ейд поверх-вею,крив1 /I - }И/Зз дро-«ес! дзфуз5Кзого хронувал-ня стал! /обчасяЕвалший екоперпаент/: I,['-стал ь 20; 2,2'- сталь 35;3-3'-сталь сталь 77.

При побудов! них граф!к1в прийняи допущечня: а/ константа ивидкссг! реакцП карб1доутворения на поверхн! прлйнята таков и як в об* сиI;

6/ ступ!нь заповнення поверхн! карб1дом © приравнена до об'с яо*1 дол! карб!ду Ы. э розрахунковому шар}, яка виэначастьоя пг формул!; = (ск-*лк)/рк .

На стал! Ю повне поверхнева заповнення досягасться . в!д-пов!дно розрахунку, за мехам:! граф}ку, при {ь&хв]~-Ю"с

Зэ'язок, що в!дпов!дас цим графгкам, вм}сгом вуглец» в стал! та часом за який в!дбуваетьоя повне заповнення ло-верхн! карб!дом /до6,;=:£/ показаний на мал. 7 з якого внходигь що на В1др!зк^ в!д 0,35 до 0,7 % с^ магематичний зв-язок м{ °4ик та вираяаетьоя простою гиперболой ■ у /,оон

зображена пунктиром._

200" ! ¿со-120

<0

чМ

С*и Уо ,

а о,1 01 0,1 оу 0,5 6,6 $7 При посуванн! ул!во в}д 0,35 %

£6и*

Мал, 7, Чао г,м, за'який в!даов1Дно до мал. 6 по-верхня стал1, що хрому -еться, заповнюеться моношаром карб!ду Сг^С, в заяежност! з}д початково-к нцецграци вуглецв в

стал!. Пунктир - г!пербо-да ' на

з

яку кладуться точки 35; 0,45 та 0,70 °ви.* реаяь1Щ фуикц!я лочи-

.нас В1 дхилятися в!д г}пербол!чно![, це в1дхилення р!эко зроотае з наближенняи до 0,1 % •

На п1дстав! цього зробпено висновок, що ! иге рвал 0,2 + 0,03 % е^дисно с межев. В ньому р!зко зм!нюеться матема -тичний характер впливу на легкость та швидк!оть первинмого змикання поверхневого карб!дного шару. Це пгшнгсгью в}дпсв{дае нет, яка установлена сухо емп1рично,

Адекваппоть математячноК модея! для вуглецевих сталей доводиться сп!ввхднесенням п!дсумковоТ розрах]<нково* величин» Туц та велико!' сер!? дослШв 1з"зм1ннов гривалЮтю. хромузання стал! 45 при температур} 1300 К. •

За п!вгодини /мш!мальна тривал!оть/ на зразку э цих.

умовах уже з'являлась суцоьна покривна раза карбШв з практично р1вном!рною товщиною до 5 мкм. для цього пе-рвинне змикання карбгду мусигь В1дбутися не пхзнше середини зазначеного В1др1з-к.у часу, чому не суперечигь розрахований тер-пн змикання II хви-лин.

1стотну 1нлормац1ю несуть зведен: графгки для сталей 10,20, 25,45 га 77.■ На кожному з яких у момент ^^/особливий для дан01 сталх/ з1ставлен! розрахунковх розподй'екня по глибин1 зразкаг-а) рухливого хрому; 5) рухливого вугяецю; в) карб1ду хрому; г) приведена для порхвняння крива розподхлу хрому в чистому залхз1, на терм1н, який вхдповгдае даному X. змикання.

Згставлення иих графШв мхж собою та з мал. 7 допомогае знайги ключ до бхльш детального осмислення фгзико-ххм}чцих фак-гор1в, завдяки яким зм!нюеться вплив коькосп вих1дного вуглецю стал1 на хх кшцеву сййктсть.

На перше мхсце серед таких факгор1в, напевно налетать поставим виснаження поверхневих запасхв активного вуглецю сталх, яке 31дбувасгься за терм:«, (цо попередуе первинному змиканню пгверхневого карбхдного шару. Його можна комплексно охарактери -зуваги:

- з одного боку - залишковою концентрацхею вуглецю с^мна нульо-вхй глибин1 (х=0) мал. 8;

-аз другого боку - товщиною та профоем виснаженого шару мал.9

Мал. 8. Залежн1сть розрахун-ково'1 поверхневох (при х=0 ) концентрац11 рухливого вуглецю (сзлл)в момент д ви-х1дно1 концентрат! вуглецю в сталх (с ) /вхдповхдно до ц1е.х концентрацй' розташованх марки сталх на 0С1 абсцис/. На д1агонаях графгка /прямаI/ лежать точки, якх в1Дпов1дают прийнятия у розрахунку значен-ням с£иу в % мае. Крива 2 вира кае с-у* в % мае.Крива 3 -те

'К,

але в % В1Д с

-¿им-

Мал. 9.Розрахунков1 пргйШ кончентраци рухливого вуглецю, ВЗЯТ1 по всхй товщин1 розрахункового зразка на В1.д-пов1.дний дантй стал1 терм1н змикання Т^м Л - сталь 1о; 2 - сталь 20; 3 - сталь 35;

Ч - сгаль 45; 5 - сталь У7. _____—-

Ш00 ----г——1- ч Г"-—

' 0 200 Ш гм 11100 МО 1к1>0

Як видно з мал. 8 /по вертикальному зниженню криво']' 2 вхд Д1агпнал1/ абсолютне зниження поверхнево'г конценграцП вуглецю з початку процесу до моменту змикання карбгдного пару мае на вс1х сталях порядок 0,1 % мае. з невеликою генденц1ею до змен-шення цтв'х р1зниц1 по м: рт П1двищення с ,

Проте при цьому вгднпена втрата концентрат? вуглецю : на стал1 У7 складае 10 % вих!дно]Е; на стал! 20 - половину; а на стал1 Ю - 96 % II I без того низько! конценграцП вуглецю.

Крива 3 /мал. 8/, узагальнююча цю законом1рн1сть, постае важливим доповненням до мал. 7 оскхльки даз б!лып ясне уявлення про ргзк^сгь зм1ни умов процесу при П1двищенк1 вих1ДНо! конценг-рац11 вуглецю в стал1 з 0,1 дп 0,2 % абсолигних.

Пгдсумовуючи все викладене СЛ1Д пгдкреслити, що це в Ц1Лому не с/перечить вгдоигй теоретичн1й концевд11, що негативний вплив вуглецю стал1 на 11 поверхневу протикороз1Йну легован1Сть хромом доМ1нус лише в зон1 низьких концентрац1й вуглецю, а вище 0,2 % С В1н /цей вплив/ стае позитивним.

Обидва сформульованих положения, що пояснюють цю законом!р-н!сть, викорисган! як в1дправн1 пункти нашого Д0Сл1Дження 1 в хоД1 нього П1дтвердились. Зокрема, альгернагивн1Сгь дГ1 вуглецю Д1йсно забезпечуеться одн1сю т1ею ж х1М1Чною реакщею - зв'язу-ванням вуглецю та хрому, в карбхд. При цьому негативна дхя зм1ню-еться позитивною, коли концентрация вуглецю стае достатньою,щоб карб1ди хрому могли утворивати на поверхнх суц1льну карбину фазу.

Проведен! досл1Дження знайшли практичне прикладення в ство-ренхй на СМНВО першй технолог!ЧН1Й Л1Н1? ДШ.

Екононхчний ефект в ц!нах 1989 року складав 528,6 тис,карбованца у piK.

ВИСИОВКИ

: I. Обернення термодифуз!Иного процесу: заметь насичення матриш хромом - дифуэ}Jifia екстракц}я з не'х зуглецв, який, про-никаючн через хемосорбц!Пний покривний тар, зв'япуе хром на soBüinmifl його сторон! - складае фундаментальний ф!эико-хЫ!ч -ний механ!з», завдяки якому зм!наеться роль вуглецю при прочес!

дкпл.

2. Втдкриваеться мо,ялив1сть легування ппкривно'г фази ком -п^ненгамя, як! не эдатн! до дифуэ!Иного проникания в матрица.

3. Значения константи швидкост! реакцЦ, одержан! нами при георещчн1й оц!нц1, дозволили одержат шукин! в!домост1 п^о xis

¡ja результате поверхневого лсгування в пер!од до змикаиня хемо-• сорбщйчого щару карб!ду.

h. Запропоноваиий ф!эико-х!м!чний п!дх!д корисний в!дпов!д-но I до Других задач ХТО метал!в.

5. Результат« досл!джеиЬ вякорисдан: при споруджекн! про -■ м'лслозо^ TexHonori4noi ninií процесу ДКПЛ на СМНВ0,та для регу-'.яювання технолог!чного процесу на HiíU

Основяий 3MÍCT роботп воображено у таких пубя!кац!ях:

■ I. Ткач Г.Л., Чуняеиа Л.О. Совершенствование методов по -всрхнсетного противокоррозионного легирования химической аппарату ptí»//feзисы докладов всесоюзного совещания "Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов в основной химии".Сумы.-.1986.-с. 75.

2. Ткач г.А., Чуняева -Л.О. Перспективы применения карбид -ного .легирования для защити химической аппаратуры.//Тезисы все-, союзной научно-технической конференции "Прогрессивнае методы и средства запиты1 металлов и изделий ог корразии". Москва.-1.988,-Часть III.-с.97- ': ' ' • '

, 3. Азгорское свидетельство №60851//Состав для комплексного насыщения стальных изделий.Ткач ГЛ. .Новаковский В.М. ,'Ворон-' . ко A.A.,Чуняева Л.О. .Греченков Р.§.-ог 22.Ü3.1990*

Авторское свидетельство И666032 //Соота:в для •комплекс-

ного диффузионного насыщения стальных изделий. Колотыркик Я.М., Ткач Г.Д., Чукяева Л.о. Новаковский В^М.-от 22.06.1991.

5. НоваковскиА В.М.,Чуняева Л.О. Теоретическая оценка 203-можнсстк смыкания карбидной фазы в поверхностных слоях диффузионно хромируемой с тали.//Защита металлов.Т.26,№6.-1992.-с.883 -

893,

Вгдпов1дальний за вкпуск

Д.т.н.

Г. А. Ткач