М у н д а р и ж а I боб. Металларнинг кристалл тузилиши ва кристалланиш поцесси

Б. ҚОТИШМАЛАРНИ ХИМИЯВИЙ-ТЕРМИК ИШЛАШ

Деталь ва асбобларнинг сиртқи қатламини пухталаш усулларидан бири химиявий-термик ишлаш усулидир. Деталь ва асбоблар сиртқи қатламининг химиявий таркибини, структурасини ва хоссаларини узгартириш мақсадида унга ишлов бериш процесси химиявий-термик ишлаш деб аталади. Деталь ёки асбоб сиртқи қатламинидг химиявий таркиби ташқи химиявий актив мухит билан шу деталь ёки асбоб материали орасида борадиган химиявий, реакция хисобига узгартирилади. Химиявий актив мухитнинг атомлари деталнинг сиртқи қатламига диффузиланиб, уни маълум чуқурликкача туйинтиради. Масалан, пўлатдан ясалган деталь углерод (II)-оксид (СО) да Ас₃ критик нуқтадан юқори температурагача қиздирилса, деталнинг сиртқи қатлами углеродга туйинади. Бунда деталнинг сиртқи қатлами куп углеродли пўлат булиб қолади ва унинг механик хосалари, масалан, қаттиқлиги, ёйилишга чидамлилиги хамда бошқа хоссалари кучаяди. Хозирги вақтда химиявий актив мухит сифатида углерод, азот, хром, кремний, алюминий ва бошқа элементлар ишлатилади.

Химиявий-термик ишлашнинг юза тоблашга4 цараганда бир қатор афзалликларй бор. Бу афзалликлар шундан иборатки, биринчидан, у деталнинг сиртқи шацлига боглиц булмайди, иккинчидан, химиявий-термик ишланган деталь сиртқи қатламининг хоссалари билан ички қатламларининг хоссалари орасида юза тобланган деталникига цараганда
анча катта фарқ булади, учинчидан, химиявий-термик ишлашда деталь сиртқи қатламининг ута цизиш оцибатларини шундан кейин детални термик ишлаш йули билан бартараф қилиш мумкин.
Детални химиявий-термик ишлашда химиявий актив мухит сифатида газдан фойдаланиладиган булса, учта оддий процесс содир булади. Бу процесслардан бири диссоциация, иккийчиси абсорбция ва учинчиси диффузиядир.
Д и с с о ц и а ц и я процесси газ молекулаларининг парчаланиб, актив атомлар хосил қилишидан иборат. Газ молекулаларининг парчаланиш даражасини, яъни неча процентининг парчаланганигини кўрсатувчи катталик диссоциаланиш даражаси деб аталади.
А б с о р б ц и я процесси газ билан металл \ чегарасида содир булади. Бу процесс металл сиртининг эркий атомларни ютишидан (эритишидан) иборатдир. Бу процесс ютилувчи элемент металлда эрий оладиган булсагина бориши мумкин.
Диффузия процесси туйинтирувчи элементнинг деталь сиртидан ичкарига томон киришидан иборат.
Юқорида баён этилган уч процесс натижасида деталнинг сиртқи қаватида диффузион катлам хосил булади. Диффузиланувчи элементнинг бу қатламда тақсимланиши, яъни элемент концентрациясининг қатлам буйича узгариши 193- расмда тасвирланган.

193- расм. Диффузиланувчи элемент концентрациясининг

қатлам чуқурлиги буйлаб узгариш графиги.
(А. П. Гуляев).

Диффузиланувчи элемент концентрациясининг деталь сиртида энг катта бўлиб, ичкарига томон кичрайиб бориши 193- расмдаги графикдан яқол куриниб турибди. Диффузиланувчи элемент металлда батамом эриб, қаттиқ эритмалар хосил қилган тақ-дирдагина юқоридагидек булади. Агар диффузиланувчи элемент металлда маълум чегарагача эриса ва химиявий бирикмалар хосил қилса, диффузион қатламнинг тузилиши

металлнинг элементга диффузион туйиниш температурасида шу система холат диаграммасининг изотермик қирқимидан аниқланади. Масалан, М—Э системасининг (бу ерда М —> металл, Э —- диффузиланувчи элемент) холат диаграммаси 194- расмда тасвирланганидек булади ва металл элементга t\ температурада туйинтирилади, дейлик. Агар диссоциация, абсорбция ва диффузия процесслари етарли даражада шиддат билан ва етарлича вақт ичида борса, деталлнинг сиртқи қатламида Э нинг. М даги узгарувчан концентрацияли қаттиқ эритмаси хосил булади, бу қатлам остида М_nЭ_т химиявий бирикма қаттиқ эритмасининг қатлами туради, бу химиявий бирикманинг концентрацияси хам ўзгарувчандир. Ундан кейин М нинг Э даги қаттиқ эритмаси келади, бу қаттиқ эритма айни температурада туйиниш чегарасидан нолгача камайиб боради. Нихоят, М металлнинг узи қолади. Даватларнинг чегарасида концентрация, фазаларнинг бирга мавжуд булиш шартига биноан, тўсатдан узгаради, буни 194- расмдаги холат диаграммасидан якқол куриш мумкин. Агар М нинг Э га туйиниш процесси лассивроқ борса, деталнинг сиртида Э нинг концентрацияси 100% га етмайди.

194- расм. М — Э системасининг холат диаграммаси, бир

фазали соха штрихлаб кўйилган.

Металларда атомларнинг диффузияси икки хил булади. Булардан бири гомодиффузия (уздиффузия) булса, иккинчиси гетеродиффузиядир.

Гомодиффузия — бунда асосий металл атомлари шу металлнинг кристалл панжарасида кучади гетеродиффузия — бунда бегона атомлар, масалан, бизнинг мисолимизда Э атомлари М металлнинг кристалл панжарасида силжийди.
Гомодиффузия процессида, масалан, М металлнинг атомлари иссиқлик таъсирида тартибсиз қаракатда булиб, бу металлнинг кристалл панжарасида уринларини алмаштириб туради. Гомоген атомларнинг кучиши концентрацияга таъсир этмайди.
Гетеродиффузияда бегона атомлар концентрация катта жойдан концентрация кичик жойга кучади. Концентрацияси бир текис булмаган холатнинг эркин энергияси бир хил концентрацияли холатникига қараганда катта. булганлигидан, гетеродиффузия ўз-ўзидан боради.
Атомларнинг диффузияси қандай содир булади, деган саволга жавоб берайлик.
Xар қандай моддада иссиқлик узгариши содир булади, бунинг натижасида айрим атомларнинг энергияси бошқа атомларникидан ортиб кетади. Энергияси ортиб кетган ана шу атомлар панжара тугунларидан тугунлар орасига кучадй, яъни дислокациланади, демак, тугунлардаги урин бушаб қолади — вакансия хосил булади. Ана шу вакансия ёнидаги атом шу вакансияга кучадй, кучган атом урнига бошқа бир атом келади, унинг ўрнига учинчи атом утади ва хоказо.
Кристалл панжара тугунларидаги бирор атомни уз ўрнидан қўзгатиш учун маълум иш бажариш зарур булади. Атомни тугундаги жойидан қўзгатишда бажариладиган ана шу иш активланиш энергияси деб аталади. Бу энергия атомларнинг куча олиш хусусиятининг энг мухим характеристикасидир. Бу катталик температурага боғлиқ булмай, модданинг табиатига боглиқдир. Вакансиянинг кучиши билан борадиган диффузион процесслардан ташқари, дислокациланган атом тугунларнинг бир оралиғидан бошқа оралиқларига кучиши (бу кучиш атом буш уринга тушгунча давом этади) билан борадиган диффузион процесслар хам булиши мумкин.
Диффузия процессининг тезлашувига температуранинг таъсири шундан иборатки, температура кУтарилган сари заррачаларнинг иссикдан тебраниши кучайиб, кристалл панжарада вакансиялар сони ортади.
Диффузия процесси миқдорий жизатдан диффузия коэффициента деб аталадиган катталик билан ифодаланищи мумкин. Бу катталйк 1 см2 майдончадан 1 сек давомида утган модда миқдорига сон жихатидан тенг булиб, D харфи билан белгиланади.
D ва- температура орасидаги боғланиш қуйидагй тенглама билан ифодаланиши мумкин:


D=

бу ерда D_O — кристалл панжар ага боғлиқ булган коэффициент;

Е — активланиш энергияси;
е — натурал логарифмлар асоси;
R — газлар константаси;
t — температура, °С хисобида.
R билан Е температурага боғлиқ булмаганлигидан, диффузия коэффидсенти температура кутарилган сари кучли даражада ошади.
Сингиш қаттиқ эритмалари хосил булишида диффузия процессии осонлашади, чунки бунда эритувчи атоми ёки иони ўз жойидан қўзғалмайди. Ўрин олиш қаттиқ эритмаси хосил булишида эса эритувчи атомини ёки ионини ўз урнидан қўзгатиш керак булади. Бинобарин, ўрин олиш қаттиқ эритмаси хосил булишида активланиш энергияси сингиш қаттиқ эритмаси хосил булишйдагига қараганда бирмунча каттадир.
Энди химиявий-термик ишлаш турларини куриб чиқайлик. Химиявий-термик ишлаш турларига цементитлаш (углеродлаш), азотлаш, қиалаш ва диффузион легирлаш киради.