Оглавление:
Диффузия и структура сплавов
- Диффузия и структура сплава Внутренняя структура твердых тел не статична, атомы не неподвижны на своих местах в кристаллической решетке, они непрерывно колеблются и движутся из равновесного положения узлов решетки. Доминирующее одностороннее движение атомов называется диффузией атомов, которая в конечном счете приводит к макроскопическому движению материи. Процессы зарождения и роста фаз, перекристаллизации, затвердевания и сфероидизации, фазового превращения в твердых растворах, распада растворов и выделения второй фазы связаны с диффузией атомов.
Диффузия в сплавах представляет собой перенос гетерогенных атомов, что влечет за собой изменение концентрации компонентов в отдельных зонах. Самодиффузия-это движение атомов того же типа, что и чистый металл или основной компонент. Диффузия атомов углерода с малым атомным радиусом, например, в решетке железа, осуществляется по интерстициальному проходу(рис. Этот процесс очень легко осуществить из-за того, что число атомов, встроенных в решетку, мало по сравнению с числом междоузлий.
Для атомов металла это наиболее вероятный вакансионный механизм диффузии (рис. 4.10) если поблизости есть пустое пространство, замещающий атом легко меняет свое положение. Людмила Фирмаль
Однако в обычных узлах решетки число вакансий меньше числа атомов, что затрудняет диффузию замещенных атомов. По механизму диффузии вакансий он более выгоден в узле искаженной решетки. При диффузии через оба механизма движущиеся атомы должны протискиваться между атомами основного металла, разрывать связи и преодолевать потенциальные барьеры для деформации решетки, для этого атомы должны иметь постоянный уровень энергии активации. Рис 4.9. Переход от этого междоузлия (а) к соседнему Междоузлию © атома, внедренного через неустойчивое промежуточное положение (в)) 157 страниц.
4.10 переход замещенного атома из его узла решетки (а) через неустойчивое промежуточное положение (б)в соседний незанятый узел решетки (в)) От сил межатомных связей и дефектов кристаллической решетки, способствующих диффузионному процессу. В частности, необходимый уровень энергии активации вдоль границ зерен составляет половину объема зерна. Согласно закону Фика (1855), поток диффузии вещества в единицу времени через единичную поверхность пропорционален коэффициенту диффузии D (см2/с) и градиенту концентрации DS/DX -. атом jydc М и DX2.
- И Знак минус этой формулы означает, что диффузионный поток направлен вдоль градиента концентрации, то есть из зоны более высокой концентрации в зону более низкой концентрации диффузионного элемента. Коэффициент диффузии, иногда называемый диффузионной подвижностью, определяет скорость диффузии, когда разность концентраций равна единице, и оказывает самое сильное влияние на химический состав сплава, структуру кристаллической решетки, размер зерна и температуру процесса. С. Аррениус установил экспоненциальную зависимость коэффициента диффузии от температуры: D=Doe Q, RT, где D » — экспериментально найденный экспоненциальный множитель, зависящий от сил связи между атомами, Q-энергия активации диффузионного процесса, R-универсальная энергия.
Процесс диффузии отличается различными элементами. Из рисунка. 4.11 коэффициент диффузии меди (Sn, Si, Be, Al, Zn) сильно отличается. Рис 4.11. Зависимость коэффициента диффузии от концентрации различных элементов, диффундирующих в среде. 4.12 схема торможения движения трещин: а-путем ветвления и изменения направления; Б-окклюзия второй фазы секреции Относительно легкая диффузия углерода в железе и сложная диффузия хрома приводят к тому, что только граничные атомы хрома участвуют в образовании карбидов SGR на границах зерен. Границы зерен обеднены хромом, что приводит к межзеренной коррозии хромоникелевых аустенитных сталей. Стабильность структуры и свойств жаропрочных сплавов достигается за счет ингибирования диффузионного процесса.
Ингибирование диффузии, как и ингибирование дислокации, производится соответствующей неоднородностью структуры. Людмила Фирмаль
Ингибирование диффузионных процессов в литой структуре инструментальной стали происходит при формировании развитого дендритного каркаса с термически прочной дендритной фазой карбида. Неоднородность структуры может быть решающим фактором в распространении трещин. Для риса. 4.12-схематическое представление структурных условий, препятствующих возникновению трещин вследствие множественных ответвлений и изменения направления вследствие блокирования секреции второй фазы.
Смотрите также:
| Пути упрочнения сталей и сплавов | Характеристика основных фаз в сплавах |
| Условия и методика построения диаграмм состояния | Структура сплавов |
