Статья опубликована в рамках: VI Международной научно-практической конференции «Экспериментальные и теоретические исследования в современной науке» (Россия, г. Новосибирск, 13 ноября 2017 г.)
Наука: Технические науки
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
дипломов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ ХРОМА В СТАЛИ 30ХН3 ПРИ ПОВЕРХНОСТНОМ НАСЫЩЕНИИ
Zavartsev Nikita Andreevich
student of national research South-Ural state University,
Russia, Chelyabinsk
Gafarov Maxim Faizovich
student of national research South-Ural state University,
Russia, Chelyabinsk
Dunaev Maksim Viktorovich
student of national research South-Ural state University,
Russia, Chelyabinsk
Pavlova Ksenia Petrovna
student of national research South-Ural state University,
Russia, Chelyabinsk
Kareva Nadezhda Titovna,
scientific adviser, Docent, Candidate of Technical Sciences, FGAOU VO South Ural State University,
Russia, Chelyabinsk
АННОТАЦИЯ
В статье описан эксперимент по насыщению стали хромом и описана зависимость коэффициента диффузии от глубины .
ABSTRACT
The article presents the description of the experiment on the saturation of steel with chromium and explored the dependence of diffusion coefficient of chromium on depth.
Ключевые слова: диффузия хрома, коэффициент диффузии, насыщение хромом стали.
Keywords: diffusion of chromium, the diffusion coefficient, the saturation of steel with chromium.
Для поверхностного насыщения стального образца хромом образец зачищенный наждачной бумагой и обезжиренный погружается в контейнер наполненный порошком хрома (60%) (
). Так же в контейнер погружается разделительный оксид 
(36%) и 
(4%). Хлорид аммония взаимодействует с порошком хрома по реакциям (I) и (II), образуя хлорид хрома, который осаждается на поверхности образца и выделяется, и диффундирует атомарный хром, а так же аммиак который постепенно выходит из контейнера.
(I)
(II)
Контейнер нагревается до температуры 1000 ⁰С и выдерживается при этой температуре 24 часа. Затем исследуем образец с использованием РЭМ. Результаты поверхностного насыщения представлены на рисунке 1.
Рисунок 1. Поперечное сечение образца после насыщения хромом в течении 24 часов при температуре 1000 ⁰С и химический состав в 16 точках.
Для расчета коэффициента диффузии Сr используется второй закон Фика.
Сделаны следующие допущения:
1) Концентрация диффундирующего элемента Cr меняется вдоль направления диффузии по оси х («линейная диффузия»)
2) Коэффициент диффузии не зависит от концентрации диффундирующего элемента.
Второй закон Фика:
(1)
Полагая, что при постоянной температуре D = const, то по уравнению (1):
(2)
В результате интегрирования выражения (2):
(3)
(4)
C
- концентрация Сr в точке с координатой x, через время t 
D- коэффициент диффузии Cr
Из формул (3),(4):
, где 
(5)
Так как известно лишь время окончания диффузии, то определить коэффициент диффузии в других точках можно с помощью первого закона Фика, допустив что градиент концентрации постоянен из-за малого расстояния между точками:
(6)
Результаты расчетов приведены в таблице 1 и отображены графически на рисунке 2.
Таблица 1.
Результаты расчетов
|
Si |
Cr |
Fe |
Ni |
х, мкм |
с/с0 |
τ |
D ( |
|
|
1 |
98,25 |
1,75 |
3,85 |
1 |
86400 |
1,3878E-12 |
||
|
2 |
96,88 |
3,12 |
7,95 |
0,986056 |
86400 |
1,3685E-12 |
||
|
3 |
93,86 |
6,14 |
11,79 |
0,955318 |
86400 |
1,3258E-12 |
||
|
4 |
91,71 |
8,29 |
15,38 |
0,933435 |
86400 |
1,2955E-12 |
||
|
5 |
72,68 |
27,32 |
20,00 |
0,739746 |
86400 |
1,0266E-12 |
||
|
6 |
67,90 |
32,10 |
24,10 |
0,691094 |
86400 |
9,5913E-13 |
||
|
7 |
65,60 |
34,40 |
27,69 |
0,667684 |
86400 |
9,2664E-13 |
||
|
8 |
46,71 |
51,61 |
1,68 |
30,26 |
0,47542 |
86400 |
6,5981E-13 |
|
|
9 |
0,49 |
6,48 |
88,95 |
4,08 |
34,87 |
0,065954 |
86400 |
9,1534E-14 |
|
10 |
0,58 |
4,60 |
91,06 |
3,76 |
39,49 |
0,046819 |
86400 |
6,4978E-14 |
|
11 |
0,44 |
3,31 |
92,19 |
4,06 |
46,15 |
0,03369 |
86400 |
4,6756E-14 |
|
12 |
0,42 |
2,35 |
93,67 |
3,56 |
53,08 |
0,023919 |
86400 |
3,3195E-14 |
|
13 |
0,45 |
1,91 |
94,31 |
3,33 |
60,26 |
0,01944 |
86400 |
2,698E-14 |
|
14 |
0,54 |
1,39 |
94,84 |
3,23 |
66,15 |
0,014148 |
86400 |
1,9635E-14 |
|
15 |
0,51 |
1,40 |
94,49 |
3,60 |
73,08 |
0,014249 |
86400 |
1,9776E-14 |
|
16 |
0,52 |
1,33 |
94,98 |
3,17 |
79,49 |
0,013537 |
86400 |
1,8787E-14 |
)
Рисунок 2. Изменение коэффициента диффузии по толщине слоя
Вывод:
Зависимость коэффициента диффузии от глубины измерения нелинейная, сначала происходит стремительное снижение, затем постепенно величина становится постоянной.
Список литературы:
- Мирзаев Д.А., Мирзоев А.А., Окишев К.Ю., Созыкина А.С. Коэффициент диффузии хрома и ближний порядок в сплавах Fe-Cr // Вестник ЮУрГУ. Серия: Металлургия. 2009. №14 (147).
- [Электронный ресурс]:URL:http://metal-archive.ru/boridnye-pokrytiya/126-diffuzionnoe-nasyschenie-poverhnosti-borom-i-perehodnymi-metallami.html
- [Электронный ресурс]:URL: http://dspace.susu.ru/xmlui/bitstream/handle/0001.74/703/2.pdf?sequence=1&isAllowed=y
дипломов
Оставить комментарий