Поверхностной индукционной

становится соответственно, более отрицательной. Следовательно, образование оксида начинается преимущественно на участках поверхности, где больше адсорбция: поверхностных вакансиях, выступах или других дефектах. При благоприятных условиях здесь образуются зародыши оксида, что обусловлено быстрой поверхностной диффузией ионов М и О (рис. 10.1). Так как с повышением давления О2 количество адсорбированного кислорода на любом подходящем участке увеличивается, .все больше таких участков вовлекается в процесс, и количество зародышей оксидов повышается. При повышении температуры происходит уменьшение многослойной адсорбции, а следовательно, и плотности зародышей [5, 6], ядра быстро растут до определенного размера — порядка десятков ангстрем, а затем начинают расти быстрее в латеральном направлении, чем в вертикальном. На меди при

Растекание жидкости по твердым телам и смачивание во многих случаях приводят к образованию устойчивых тонких пленок, находящихся в равновесии с объемной фазой [4]. Механизм растекания даже при отсутствии осложняющих явлений (испарение, растворение в твердом теле, химическая реакция) сложен. Растекание может обусловливаться движущей силой, связанной с поверхностными явлениями и вязким сопротивлением жидкости [1, 3]. Один из предельных механизмов растекания жидкости связан с молекулярной поверхностной диффузией [1].

На катодной „старой" поверхности берегов трещины устанавливается равновесная поверхностная концентрация атомов водорода ец, характеризующаяся определенной адсорбционной степенью заполнения. Удаление атомов водорода с данной поверхности пойдет тремя путями: десорбцией в атмосферу (преимущественно рекомбинацией), абсорбцией водорода в металл и поверхностной диффузией в сторону СОП. Первый процесс характеризуется константой скорости А", второй и третий - константами скорости К" и К'" соответственно. Это равновесие носит динамический характер и определяется равенством скоростей адсорбции водорода и его удаления с поверхности. Тогда константа динамического равновесия Kf определится уравнением:

Подводя итоги, делаем вывод, что при абсорбции металлом водорода, выделившегося в результате функционирования в трещине гальванопары СОП — „старая" поверхность, наполнение зоны наивысших напряжений перед вершиной трещины водородом происходит в основном вследствие поступления его из вершины трещины через СОП. Из последнего уравнения следует, что скорость поступления водорода в зону перед вершине трещины прямо пропорциональна степени заполнения „старой" поверхности берегов трещины атомами водорода и обратно пропорциональна расстоянию Д7 между СОП и поверхностью, с которой мигрирует водород. По-видимому, с участков берегов трещины в окрестностях СОП водород преимущественно удаляется поверхностной диффузией в сторону СОП, а с участков, достаточно удаленных от СОП, — путем десорбции в атмосферу и абсорбции - в металл.

В уравнении (5-5-24) член в левой части обусловлен поверхностной диффузией молекул, интегральный член в правой части соответствует потоку молекул, падающих на единицу боковой поверхности капилляра в результате десорбдии по закону косинуса с остальной части поверхности (первое слагаемое)^ и зеркального отражения от дна {второе слагаемое).'Первый внеинтегральный член характеризует поток молекул, диффузно испущенных дном и падающих на единицу поверхности капилляра, второй и третий члены—потоки молекул, вошедших в капилляр через открытый конец и соответственно падающих на стенку непосредственно и после зеркального отражения от дна.

Механизм растекания припоя связан с взаимодействием расплава припоя и его парообразной фазы с паяемым материалом, с поверхностной диффузией расплавленного припоя, с капиллярным течением последнего и т. д. При растекании указанные процессы зави-

ную полосчатость, которая объясняется частично поверхностной диффузией

нагревании в атмосфере азота или аргона. Различные исследователи объясняют это образованием летучей окиси металла. Так, Шнайдер и Эш 180] показали, что при постоянной температуре скорость испарения зависит от парциального давления кислорода над поверхностью металла, и сделали вывод, что платина удаляется в форме двуокиси. Позже] Лякруа [55] установил, что соотношение, в котором платина и кислород улетучиваются па воздухе, составляет 2:1, в то время как в кислороде оно равно 1 :2. После нагревания в кислороде поверхность платины приобретает значительную полосчатость, которая объясняется частично поверхностной диффузией атомов при высокой температуре и частично травлением металла благодаря удалению атомов металла Г68]. Однако следует подчеркнуть, что известные окислы платины обладают давлением диссоциации, равным 1 am при температурах, значительно более низких, чем те, при которых происходит это явление, поэтому природа постулированных летучих окислов остается несколько неопределенной. Палладий окисляется с поверхности при нагревании до 700°. Образующаяся при этом окись палладия PdO разлагается при температуре выше 870°. Палладий, как и платина, теряет в весе при нагревании на воздухе или в атмосфере кислорода до высоких температур. При этом в интервале 900—1300°, когда металл впервые нагревают в кислороде, происходит поглощение кислорода, но при более высоких температурах этот первоначальный привес теряется в результате улетучивания.

Несколько легче оказалось иметь дело с ростом пор. Его зависимость от скорости диффузии выражают в терминах зернограничной диффузии вакансий к границам зерен, перпендикулярным оси нагружения. Обычно с помощью подобных моделей прогнозируют пороговое напряжение роста пор, скорость роста, полагая ее пропорциональной величине напряжения, и кинетику роста, полагая, что она лимитирована зернограничной или поверхностной диффузией.

Под поверхностной диффузией следует понимать перемещение атомов по свободной поверхности, ограничивающей кристалл (Фольмер, Френкель). Свойства атомов в мономолекулярном слое на поверхности вследствие наличия нескомпенсированных связей отличаются от свойств атомов внутри кристалла. Из-за менее совершенного строения решетки на поверхности на ней с меньшей азтратой энергии зарождаются структурные дефекты (дислокаций, вакансии) и перемещаются атомы. Можно ожидать (об этом свидетельствуют и многие экспериментальные данные), что на поверхности металла имеется очень подвижный слой атомов. Так, Никерсон и Паркер получили с помощью радиоактивных изотопов значение энергии активации поверхностной самодиффузии Q,s серебра в интервале температур 225—350° С, равное 43,1 кдж/г-атом (10,3 ккал/г-атом); при этом Qrp = — 85 кдж/г-атом (20,3 ккал/г-атом), a Q06 = 184 кдж/г-атом (44 ккал/г-атом). Соответствующие значения для самодиффузии никеля: Qs = 54 -т- 58,6 кдж/г-атом (13—14 ккал/г-атом) [96], Qrp = 108,9 кдж/г-атом (26 ккал/г-атом), Qo6 =

Аналогичные расчеты делались ранее М.Е. Блантером, B.C. Еремеевым. Однако в указанных работах рассматривалось образование -/-фазы в эвтектоидной отожженной стали со структурой пластинчатого перлита и за х принималось межпластиночное расстояние (~ 10"! см). В результате получалось удовлетворительное совпадение экспериментальных и расчетных значений скорости роста, из чего делались заключения о механизме а -+ ^-превращения. В нашем же случае наблюдается значительное несовпадение расчетных и экспериментальных данных. Подобное явление отмечалось и в работе (97), что может быть объяснено различными причинами. Во-первых, G будет увеличиваться в том случае, если процесс контролируется не объемной, а поверхностной диффузией. Вторым фактором, который может вызвать ускорение роста аустенитного центра, являются внутренние напряжения, возникающие при выделении кристалла новой фазы и оказывающие каталитическое действие на диффузионные процессы. Для неравновесных состояний роль этого фактора возрастает, поскольку искажения, содержащиеся в исходной структуре, могут ускорить диффузию. Наконец, по данным работы [26], более высокая скорость роста участка -у-фазы, не укладывающаяся в рамки диффузионных представлений, может быть обусловлена тем, что начальные стадии а ->• -у-превращения осуществляются сдвиговой перестройкой решетки. Таким образом, анализ скорости роста центров новой фазы является недостаточным для суждения о механизме превращения. Тем не менее выполненные расчеты позволяют утверждать, что скорость роста кристаллов -у-фазы на два-три порядка выше определяемой из диффузионных соображений без учета дополнительных факторов.

Аналогичные расчеты делались ранее М.Е. Блантером, B.C. Еремеевым. Однако в указанных работах рассматривалось образование 7-фазы в эвтектоидной отожженной стали со структурой пластинчатого перлита и за х принималось межпластиночное расстояние (~ 10" 5 см). В результате получалось удовлетворительное совпадение экспериментальных и расчетных значений скорости роста, из чего делались заключения о механизме а ->• ^-превращения. В нашем же случае наблюдается значительное несовпадение расчетных и экспериментальных данных. Подобное явление отмечалось и в работе [97], что может быть объяснено различными причинами. Во-первых, G будет увеличиваться в том случае, если процесс контролируется не объемной, а поверхностной диффузией. Вторым фактором, который может вызвать ускорение роста аустенитного центра, являются внутренние напряжения, возникающие при выделении кристалла новой фазы и оказывающие каталитическое действие на диффузионные процессы. Для неравновесных состояний роль этого фактора возрастает, поскольку искажения, содержащиеся в исходной структуре, могут ускорить диффузию. Наконец, по данным работы [26], более высокая скорость роста участка 7-фазы, не укладывающаяся в рамки диффузионных представлений, может быть обусловлена тем, что начальные стадии а -» 7~превращения осуществляются сдвиговой перестройкой решетки. Таким образом, анализ скорости роста центров новой фазы является недостаточным для суждения о механизме превращения. Тем не менее выполненные расчеты позволяют утверждать, что скорость роста кристаллов 7-фазы на два-три порядка выше определяемой из диффузионных соображений без учета дополнительных факторов.

Поверхностной индукционной закалке подвергают углеродистые стали с 0,4—0,5 "о С, которые после закалки имеют высокую твердость (HRC 55—62) и сопротивляемость износу, реже — легированные (например, хромистые — 35Х, 40Х, 45Х, хромоникелевые — 40X11) или хромоникельмолибденовые — 40ХНМ).

Изучено влияние скорости охлаждения после печного и индукционного нагрева на структуру, статическую и динамическую прочность низкоуглеродистой стали Ст. 3 и низколегированной стали 10Г2С1. Заготовки охлаждали вместе с печью, на воздухе, в масле и в воде. Установлено увеличение циклической прочности за счет поверхностной индукционной закалки. Причина повышения циклической прочности низкоуглеродистых сталей при увеличении скорости охлаждения и температур аустенитизации связана с образованием структур с лучшим сочетанием механических свойств и более благоприятной системой остаточных напряжений в поверхностном слое металла.

В первые годы развития поверхностной индукционной закалки использовался диапазон частот от 500 или 1000 Гц (для закалки крупных валов холодной прокатки) до коротковолнового радиодиапазона для закалки швейных игл. Производство закалочных установок с ламповыми генераторами имело мощную базу в радиопромышленности. Выпуск закалочных установок среднечастотного диапазона базировался на производстве основного оборудования для индукционных бессердеч-никовых плавильных печей на частоту 2 кГц, а также 1 и 0,5 кГц. Использовались также отдельные установки с машинными преобразователями на частоты 5, 15, 18 кГц и др.

Метод индукционного нагрева основан на использовании следующих законов и явлений: 1) закон электромагнитной индукции; 2) поверхностный эффект; 3) эффект близости; 4) изменение свойств стали в процессе нагрева. Последнее явление особенно существенно при поверхностной термообработке, на что впервые обратил внимание чл. кор. АН СССР проф. В. П. Вологдин, автор метода поверхностной индукционной закалки [7,8].

Предприятия электротехнической промышленности выпускают серийно для поверхностной индукционной закалки установки мощностью 25 и 63 кет на 440 кгц и мощностью 100 кет — на 2500 и 8000 гц.

11.27. Шкляров И. Н., Шор Ф. И. Сопротивление малым пластическим деформациям валов, подвергнутых поверхностной индукционной закалке.— «Вестник машиностроения», 1967, № 12.

Для поверхностной индукционной закалки применяют стали, содержащие 0,4—0,5 % С (40, 45, 40Х, 45Х, 40ХН, и др.), которые

Для поверхностной индукционной закалки применяют стали, содержащие 0,4—0,5% С (40, 45, 40Х, 45Х, 40ХН и др.), которые после закалки имеют высокие твердость (HRC 50—60), сопротивляемость износу и не склонны к хрупкому разрушению.

Поверхностное упрочнение деталей^ машин может быть достигнуто и путем поверхностной индукционной закалки При этом используют стали с пониженной (ПП) или регламентированной (РП) прокаливав мостью имеющие прокаливаемость более низкую по сравнению со стан дартными конструкционными сталями с таким же содержанием угле рода При этом после закалки получают мартеиситную зону заданной глубины (даже при интенсивном охлаждении) с сохранением пластич ной вязкой сердцевины Стали с пониженной и регламентированной про каливаемостью имеют повышенное содержание углерода (05—10%) для получения достаточного уровня твердости закаленного поверхност него слоя обеспечивающего высокую износостойкость и контактную вы иосливость меньшее содержание и разброс легирующих э!ементов (марганец хром кремнии и др) содержат модифицирующие элементы (алюминий, титан, ванадии цирконии ниобии) обеспечивающие полу чеиие наследственно мелкого зерна аустеиита (К 3 Шепеляковскии и др) Примером такой стали может служить сталь 55ПП (0 55— 0,63 % С, 0 1—0,3 % Si <0 1 % Ti SMn Cr, N1 Cu<0 5 %)

Широкие лабораторные исследования и натурные испытания показали, что во всех случаях долговечность деталей, изготовленных из сталей пониженной прокаливаемости, упрочненных поверхностной индукционной закалкой при глубинном нагреве, превосходит долговечность деталей, изготовленных с упрочнением путем цементации [119].

Поверхностной индукционной закалке подвергают углеродистые стали с 0,4—0,5 % С, которые после закалки имеют высокую твердость (HRC 55—62) и сопротивляемость износу, реже — легированные (например, хромистые — 35Х, 40Х, 45Х, хромоникелевые — 40ХН) или хромоникельмолибденовые — 40ХНМ).