Диссертация (1173087), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

На этом же рисунке отмечены~~характеристические точки А, А , В, В , С с координатами( (1/3), lgД):А (0; lg1 - 2),~А (1; lg1 - 2 – 17,203 2),В (1/ 3 ; lg1 - 2 – 17,203 2 1/ 3 ),~В (1; lg1 - 2 – 17,203 2 1/ 3 ),С (1; lgД1).(2.39)Рисунок 2.18 – Качественная картина излома в линейной зависимостиlgД от 1/3115~~Условия нахождения точки С между точками А и В определяютсядвойным неравенством:lg1  2  17,203  2  lg1  2  17,203  2 1*3или неравенством17,203  217,203 2 3   3 min lg 1  2  lg Д1 17,203    lg (2.40)2приlg1  2  17,203  2 lgД1   lg 1  2 .Неравенство (2.40) означает, что при задании значения lgД1 значение 3должно быть таким, чтобы удовлетворялось условие lg Д > lgД1.Таким образом, с формально-математической точки зрения, графическоепостроение предполагаемого излома при некотором значении 3 = 3 непредставляет никаких сложностей и при известности значений 1и 2осуществляется выборкой значений 3 и lgД1, с учетом (2.40), что полностьюопределяет координаты точек А, В и С в (2.39) и на рисунке 2.18.

При этомформально допустимые взаимосвязи между величинами lg  и  , а такжемежду lgα и , описываются (2.37) и (2.38): выборка значений  и определяетзначения lg  и lgα, и наоборот. Конкретизация упомянутыхвзаимосвязей позволяет по (2.35) найти численные значения коэффициентовр, q, а и в, определяющих зависимости 1\ и 2\ от 3 в соответствии с (2.29).Предполагая, что среди многообразия допустимых вариантов численныхвзаимосвязей,существуютивариантывзаимосвязей,реализуемыефизически.В качестве конкретного примера влияния низкотемпературного изломалинейности на численные значения коэффициента диффузии при комнатной116температуре рассмотрим вариант со скачкообразным уменьшением значений1 и 2 до 1\ и 2\ , происходящим при уменьшении 3 до некоторогозначения 3 , которые далее остаются неизменными. Согласно (2.34) в этомварианте предполагается существование равенств α =  и  =  , из которыхна основании (2.35), (2.37) и (2.38) следует: р = 0, q = lgα, а = 0 и в = , атакже 3  lg   lg   lg 1  lg Д1  2  117,203 217,203 (2.41)2Из (3.41) и (3.36) получаем определения для 1\ и 2\ :(lglgД2)3 17,203  211`2    2 17,203 (3 1)(2.42)lg1\ = lg(α1) = lgД1 + 2 + 17,203  2\,позволяющие, при известности 1 и 2, установить, какими должны бытьсогласованные значения 1\ и 2\ , чтобы «излом», приводящий к некоторомузначению lgД1, удовлетворяя условию (2.40), совершался при используемомзначении 3 .

Согласно выражениям (2.42) известные значения 1 , 2 и lgД1не позволяют дать однозначный ответ соответствующих им значениям 1\ и2\ и 3 .Числовой аспект взаимосвязей (2.42) проиллюстрируем на классическомпримере диффузии внедрения углерода в α – железо при До = 0,004 см2/с и Q= 0,83 эВ [66]. Согласно (2.22) и (2.23) в этом случае 1 = 0,4 и 2 = 0,83.Подставляя значения 1 и 2 в формулировку закона Аррениуса (2.26), непредполагающую наличие излома, получаемlg Д  2,398  14,278 13и lgД =  2, 398; Д = До = 410-3 см2/с – при 1  0 ,3117lgД =  16, 676; Д = 2,10910-17 см2/с – при 1  1 .3(2.43)~Значения 1/3 и lgД в (3.43) определяют координаты точек А и А на~рисунке 2.18: А (0;  2, 398), А (1;  16, 676).С используемыми значениями 1принимают вид: 3   3 min и 2 выражения (2.40) и (2.42)14,278 , 2,398  lg Д1(l2,398lgД)3 14,278`12 ,17,203 (3 1) 16, 676 < lgД1 <  2, 398,(2.44)lg1\ = lgД1 + 2 + 17,203  2\.Результаты расчета зависимости 3 min (lgД1) приведены в таблице 2.10 ина рисунке 2.19, а в таблице 2.11 и на рисунках 2.20 – 2.21 приведенызависимости 1\ и 2\ от 3 , которые определяют, согласно (2.44), значенияlgД1 =  15;  14;  13 (вместо lgД1 =  16, 676, что имеет место прикомнатной температуре в отсутствии излома).Таблица 2.10 – Результаты расчётов зависимости излома от температуры3 min от lgД1lgД13 minT minоС-16,676 -16 -15,5 -15 -14,5 -14 -13,5 -13 -12,5 -12 -11,5 -11 -10,5 -10 -2,39811,050 1,090 1,133 1,180 1,231 1,286 1,347 1,413 1,487 1,569 1,660 1,762 1,878∞2034,7 46,4 58,96 72,74 87,68 103,8 121,7 141,0 162,7 186,7 213,4 243,3 277,3∞118Рисунок 2.19 – График зависимости излома от температуры 3 min от lgД1Таблица 2.11 – Результаты расчетов значений 1\ и 2\ при различныхзначениях 3 и lgД1 1,133 1,231 1,31,347 1,41,62,02,53,03,54,03lgД1 59,0 87,7 107,9 121,7 137,2 195,8 313,0 459,5 606,0 752,5 899,T оС0-16,6762 \lg1\2 \00,83- 0,3980,311 0,408 0,452 0,489 0,570 0,635 0,668 0,684 0,694 0,700-15lg1\-13 -7,650 -5,981 -5,224 -4,588 -3,194 -2,076 -1,508 -1,233 -1,061 -0,9582 \-″-00,156 0,226 0,286 0,415 0,519 0,571 0,597 0,612 0,623lg1\- ″--12-9,316 -8,112 -7,080 -4,861 -3,072 -2,178 -1,730 -1,472 -1,2832 \-″--″--″-00,082 0,260 0,403 0,474 0,509 0,531 0,545lg1\-″--″--″--11-9,590 -6,527 -4,067 -2,846 -0,244 -1,866 -1,624-14-13119Рисунок 2.20 – График зависимостейlg1\ от 3 для различныхзначений lgД1Рисунок 2.21 – График зависимостей 2\ ( 3 ) для различных значенийlgД1120Пересчет по (2.23) значений 1\ и 2\из таблицы 2.11 в значенияД`о  `1  Д o и Q`  `2  Q показывает, что, в случае обусловленности изломаскачкообразным изменением параметров диффузионного процесса притемпературе T , коэффициент диффузии С в α – Fe при комнатнойтемпературе Т = 20оС может быть увеличен со значения Д = 2,10910-17 см2/с (при До = 0,004 см2/с и Q = 0,83 эВ)– до значения Д1 = 10-15 см2/с согласованиями:До\ = 3,105 10-4 см2/с, Q\ = 0,668 эВ – при T = 459,5 оС;До\ = 8,395 10-5 см2/с, Q\ = 0,635 эВ – при T = 313 оС;– до значения Д1 = 10-14 см2/с согласованиями:До\ = 6,637 10-5 см2/с, Q\ = 0,571 эВ – при T = 459,5 оС;До\ = 8,472 10-6 см2/с, Q\ = 0,519 эВ – при T = 313 оС;– до значения Д1 = 10-13 см2/с согласованиями:До\ = 1,46 10-5 см2/с, Q\ = 0,474 эВ – при T = 459,5 оС;До\ = 8,570 10-7 см2/с, Q\ = 0,403 эВ – при T = 313 оС.Рассмотренный вариант со скачкообразными изменениями параметровдиффузии при 3 = 3 характеризуется жесткими требованиями согласованияэтих параметров и значительными уменьшениями До\ .

В качествеальтернативы рассмотрим вариант с отсутствием скачкообразных измененийпри 3 = 3 , также на примере диффузии С в α – Fe. При этом в (2.34)  = = 1 и из (2.35) следует:p  3  lg ,3 1q  lg   p   lg ,3 1121а 1    3 1в а   3 1,3  1(2.45)Величина 3 в (2.45) по прежнему должна удовлетворять общемунеравенству (2.40) с конкретизацией 3 min в (2.44), а также в таблице 2.10 ина рисунке 2.19.Усилим альтернативность рассматриваемого варианта требованиемнеизменности предэкспоненциального множителя, т.е. равенством α = 1.Согласно (2.38), (2.40), (2.44) и (2.45) при α = 1 имеем:2,398 lg Д11 ,lg2lgД1117,203 217,278 3 minp  q  0,1 а ,(2.46)3  1   1в а   3. 3 1Из (2.29) и (2.30) находим:l `2  0,83  3  3 11\ = 0,4;    3 1 ;  3 1 * 1 1lg Д  (2,398  14,278) - 14,278 3 *33  13  11   для  3  1;  3 ;-2,398  14,278    при  3  1;lg Д  - 2,398  14,278 1  при   333Применим (2.46) и (2.47) к случаю с lgД1 =  13.

Тогда:  = 0,743;(2.47)1223 min = 1,347 → Tmin =,257 ,а  03 10,257`2  0,83  3  3 1121,7оС;1 =0,742;р = q = 0;3 min0,743   3 1;в 3 11\ = 0,4;(2.48) 0,743  3 1  0,83  0,743  0,617  при 3  1; 0,83при.33 3 1  *0,743  3  1 13,669lg Д  (2,398 ) - 14,278*33  13  1  для  3  1;  3 ; при  3  1;-13lg Д  - 2,398  14,278 1  при   333Выражения в (2.48) описывают, сугубо в иллюстративных целях, случайвоображаемогоизломавфункциональнойзависимостиlgД(1/3),приводящего к увеличению коэффициента диффузии С в α - Fe притемпературе Т = 20оС с 2,10910-17 см2/с до 10-13 см2/с.

Предполагается, чтопроцессы, обуславливающие излом, начинают проявлять себя при некоторойтемпературе T > T min = 121,7оС и приводят к постепенному уменьшениюэнтальпии активации с 0,83 эВ при Т ≥ T до 0,617 эВ при Т = 20 оС,оставляя неизменным предэкспоненциальный коэффициент, равный 0,004см2/с.

Если, например, T = 313оС, то 3 = 2 и тогда в (3.48):0,617  при   1;3а =0,257; в = 0, 486; `2  0,213 3  0,404  0,83  при 3    2.3Результирующее описание излома осуществляется выражениями:1231 при  3  1; 2- 6,067  6,933 3lg Д  1- 2,398  14,278 при  3  23До = 0,004 см2/с;10,404 0,213 1  при  3  1; 2;Q3,0,83эВРезультаты представлены в виде графиков на рисунке 2.22.Широкийспектрдемонстрируемыйвозможностейрассмотреннымиобщихпреобразованийпримерами,(2.29),свидетельствуетоприемлемости привлечения, в качестве рабочей, гипотезы «излома» дляобъяснения способности формирования диффузионных покрытий прикомнатных температурах.

Эта гипотеза представляет наиболее простой иуниверсальныйспособформализацииописанияразнообразныхнизкотемпературных отклонений от закона Аррениуса, носящих монотонныйхарактер, причем на основе особенностей его же применения.124Рисунок 2.22 – Графики функциональных зависимостей «излом» оттемпературыПри этом отсутствие в формуле Аррениуса жесткой привязки кконкретному механизму диффузионного процесса позволяет и в случаеотклонений абстрагироваться от конкретных физических механизмов ихреализации и ограничиться формальным подходом к описанию. Вместе с темтакой подход предоставляет формальную базу для последующего еесогласования с физической теорией на основе результатов нацеленных на этоэкспериментальных исследований.1252.4 Физико-химические закономерности формирования дискретногодиффузионного покрытияДиффузионноенасыщениеповерхностимолекуламииионамиактивированного электрическим коронным разрядом сжатого воздуха,обладает существенным преимуществом по сравнению с насыщением изпарогазовой фазы, так как имеет:– большую скорость насыщения;– возможность термодиффузионного насыщения поверхности бездополнительной депассивирующей обработки;– полную экологическую безопасность процесса обработки;Проведенный ранее обзор характера и природы отказов инструментасвидетельствует о большой роли локального диффузионного покрытия надолговечность режущего инструмента и детали, причем, как было показановыше, при повышении термомеханических нагрузок на контактныеплощадки инструмента роль ячеистости покрытия возрастает, повышаядолговечность инструмента [67, 68, 69].

Поэтому в настоящей работенаибольшее внимание уделено роли локального диффузионного покрытия иособенностям его формирования.Значительное упрощение плазменных методов нанесения покрытиядостигается использованием газового разряда при атмосферном давлении, вданном случае путем диффузионного насыщения поверхности ионами,получаемыми активацией воздушного потока униполярным короннымразрядом.Наличие в воздухе азота, кислорода и соединений углерода (CO2)позволяет предположить возможность вхождения в состав покрытия нитридов,оксидов и карбидов, образующихся при синтезе покрытия.Основу ионной активации воздуха составляют: процессы ионизации с образованием положительных ионов (в скобкахуказаны пороговые энергии ионизации):126 процессы электронного сродства с образованием отрицательных ионов(в скобках приведены примеры высвобождаемой энергии сродства):127Количествоположительныхионов,порождаемыхионизациейатмосферных компонентов, обычно существенно превышает количествоотрицательных ионов, поскольку азотная компонента электроположительна ине образует отрицательных ионов, то хемосорбция электроотрицательногокислородасобразованиемоксиднойпленкибудетпрепятствоватьхемосорбции азота и образованию нитридов.

Характеристики

Список файлов диссертации