OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 129 MATERIAL SCIENCE стали в диапазоне 691…927 °C в атмосфере, содержащей 20 % H2O – H2, при которой окисление стали не могло происходить. В этом исследовании было обнаружено, что ферритная «полоса» образуется на стали при 732…893 °C, но не при 691 и 927 °C, при этом максимальная толщина феррита наблюдалась при 790…815 °C. Пеннингтон объяснил уменьшение толщины феррита к 905 °C снижением растворимости углерода в феррите до нуля при 905 °C. Одним из ограничений анализа Пеннингтона было мнение, что концентрация углерода в образовавшемся феррите была постоянной по всему слою феррита, и, следовательно, диффузия углерода в феррите не способствовала его росту. Одновременное окисление и обезуглероживание изучалось Бирксом и его коллегами в 1970 году. На основании этих исследований было заявлено, что «механизм, посредством которого происходит обезуглероживание сталей, хорошо изучен, особенно в случае простых углеродистых и низколегированных сталей» [1, 2]. Однако объем исследований Биркса и др. был ограничен. Во-первых, исследования были сосредоточены на обезуглероживании, происходящем только в аустените. Во-вторых, хотя и было признано, Рис. 8. Микроструктура поверхностного слоя после цементации закалки с защитой поверхности от кислорода Fig. 8. Microstructure of the surface layer after cementation quenching with surface protection from oxygen что в окислительной атмосфере обезуглероживание происходит посредством реакции между окалиной и растворенным углеродом в стали, Биркс и его коллеги продолжали считать концентрацию углерода на границе раздела «окалина – сталь» нулевой из-за ее низкого значения. Известно, что на поверхности стали при нагреве в окислительной среде протекает одновременно обезуглероживание и окисление поверхности. По сути, обезуглероживание – это реакция между углеродом в матрице и кислородом, тогда как окисление – реакция между железом и кислородом. Поэтому обезуглероживание тесно связано с окислением, и связь между ними является конкурентной. Образование оксидного слоя на поверхности стали потребляет часть обезуглероженного поверхностного слоя и, таким образом, уменьшает окончательно наблюдаемую толщину обезуглероживания. Поэтому для получения более точных результатов необходимо учитывать процесс окисления. Абсолютную толщину общего обезуглероживания можно рассматривать как сумму толщин наблюдаемого общего обезуглероживания и оксидной окалины. На практике толщина оксидной окалины не может быть точно измерена, так как оксидный слой имеет тенденцию отслаиваться от поверхности образца во время периода охлаждения и последующих манипуляций. Рассматривая фазовую диаграмму Fe-O [1, 2], мы исходили из гипотезы, что оксидный слой на поверхности железа и нелегированной стали состоит только из одного оксида FeO, который образуется при нагреве на воздухе при температурах T > 570 °C. В действительности же, согласно работам [1, 2], высокое парциальное давление кислорода и различные валентные числа железа создают оксидный слой, состоящий из трех различных оксидов при этих температурах. Зафиксирована последовательность от оксида с наименьшим количеством кислорода, наиболее близкого к металлу, до оксида с наибольшим количеством кислорода, наиболее близкого к атмосфере: FeO/Fe3O4/Fe2O3 – вюстит / магнетит / гематит [1, 2]. Tолщина слоя в основном постоянна при T > 700 °C, а по содержанию составляет примерно 95 % FeO, 4 % Fe3O4 и 1 % Fe2O3 [1, 2]. При температуре T = 570…800 °C, однако, можно найти результаты [16–22], которые отклоняются с точки зрения как составов, так
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1