CẤU TẠO HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁ
8.4.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình hoá nhiệt luyện
Thông thường, khi hoá - nhiệt luyện người ta đặt chi tiết thép vào môi trường (rắn, lỏng hoặc khí) có khả năng phân hoá ra nguyên tử hoạt động của nguyên tử định khuếch tán, rồi nung nóng đến nhiệt độ thích hợp. Các quá trình xảy ra theo 3 giai đoạn nối tiếp nhau.
Phân ly: Là quá trình tạo ra các nguyên tử hoạt tính của nguyên tố cần đưa vào chi tiết (nguyên tố cần thấm) có năng lượng và khả năng khuếch tán cao. Có thể tiến hành bằng phản ứng hoá học hoặc phân ly nhiệt.
Hấp thụ: Sau giai đoạn phân ly, các nguyên tử hạt được hấp thụ vào bề mặt thép sau đó chúng khuếch tán voà kim loại cơ sở tạo nên dung dịch rắn hoặc các pha phức tạp: Pha trung gian hoặc hợp chất hoá học. Kết quả của sự hấp thụ là tạo nên ở bề mặt thép lớp có nồng độ nguyên tố định khuếch tán cao, tạo nên độ chênh lệch về nồng độ giữa bề mặt và lõi cơ chế của quá trình hấp thụ có thể nhờ: lực hoá học, lực liên kết hoặc lực hút tĩnh điện.
Khuếch tán: Là quá trình các nguyên tử chất thấm đi sâu vào bềmặt của chi tiết cần thấm, tương tác với các nguyên tử nền (chi tiết) và tạo thành lớp thấm. Quá trình khuếch tán là quan trọng nhất, nó quyết định chiều dày của lớp thấm tạo thành.
Cơ sở khuếch tán: Là một quá trình tự phát, xảy ra khi có sự chênh lệch nồng độ của các nguyên tố. Quá trình này tuân theo định luật Fick.
- Định luật Fick 2
Phương trình vi phân của định luật
t: thời gian
x: khả năng phân bố theo toạ độ Trong đó:
+ Khi T = const thì coi D = const còn khi T thay đổi thì D thay đổi + Sự thay đổi hệ số khuếch tán theo nhiệt độ được biểu thị như sau:
Q: hoạt năng khuếch tán
+ Để thay đổi x dùng phương pháp thay đổi thời gian còn giữ nguyên nhiệt độ.