Файл: Шиняев А.Я. Фазовые превращения и свойства сплавов при высоком давлении.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 01.07.2024

Просмотров: 124

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

цсв-ro3)

20

Ю

8

6

взаимной диффузии в системе железо — ванадий (рис. 74). Применение давления 20 кбар изменяет величину D в такой степени, которая не достигает­ ся легированием железа вана­ дием.

 

 

 

 

 

 

 

В

работе Шиняева

и Бут -

 

 

 

 

 

 

 

римовича

[27]

исследовалась

 

 

 

 

 

 

 

взаимная

диффузия в

области

2V

 

 

 

 

 

твердых

растворов

на

основе

 

 

Ц7к{!ар

 

 

ванадия

при

давлениях

0 — -

 

 

 

 

 

 

50 кбар.

Это исследование име­

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

ло целью установление особен­

75

20

25

50

35

170

ности

строения

диффузионной

 

 

зоны

для этой

области

сплава

 

 

/7Лі! am. % R\

 

 

 

 

 

 

в присутствии

фактора

д а в л е ­

Рис.

75.

Величина

коэффициентов

взаим­

ния,

в

частности

выяснение

ной диффузии

в сплавах ванадий — алюми­

вопроса об образовании

соеди­

ний

в зависимости от давления

при 1400° С

нения

V3AI при нормальном

и

[27]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

повышенных давлениях . Вана ­

дий

образует

соединения

этого типа

со

многими

элементами .

Д л я проведения исследования были приготовлены сплавы си­ стемы ванадий — алюминий с содержанием последнего меньше и больше стехиометрнческого состава. Отжиг проводился на уста­ новке цилиндр—поршень при температуре 1400° С. Результаты анализа диффузионных зон, полученных при давлениях Р=-0; 30 и 47 кбар представлены на рис. 75. Исследование распределения элементов, полученных в диффузионных зонах методом реитге—

Т а б л и ц а 4

 

 

 

 

 

 

 

 

Активационный

объем

процесса

самоднффузии

в металлах

 

 

Эле­

AV,

 

Диапазон

Лите­

Эле ­

UV,

AV/V

Диапазон

Лите­

мент

см3/

AViV

давлений,

ратура

мент

см'/г-ат

давлений,

ратура

 

{г-am

 

кбар

 

 

 

 

кбар

 

А1

13,6

.1,36

0—10

[32]

In

8,1

0,51

0 - 10

[38]

 

12,9

1,23

 

[9]

Sn

5,3

0,33

 

[4]

Р—ТІ

 

0,4

 

[33]

Au

7,2

0,70

0 - 10

[39]

• Си

6,4

0,91

0—10

[9]

 

7,3

20,71

 

[9]

Zn

 

0,60

0 - 9

[34]

Pb

13,0

"о, 71

0 - 8

[8]

5,8

 

 

[34]

 

6,0

0,44

 

140}

 

3,7

0,50

2 - 9

[35]

и

6,0

0,44

0—10

[13]

Ag

9,3

0,90

 

[36]

Na

12,4

0,52

[41]

.

9,2

0,90

0 - 8

[37]

К

26,0

0,78

0—10

142] J

 

 

 

 

 

Zn

9,2

0,43

0—8

 

Т а б л и ц а

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Активационный

объем для

процесса

гетеродиффузии

в металлах

 

 

и самодиффузии

в

сплавах

 

 

 

 

 

 

 

 

Диффузионный

 

Диффузионная

 

AV,

см^/г-ат

 

a v / v

 

Литера­

элемент

 

 

 

среда

 

 

 

 

тура

Ag

 

 

 

In

 

 

 

6,3

 

0,4

 

[38]

Ag

 

 

 

Pb

 

 

9,9—6,9

0,54—0,38.

[10]

Au

 

 

 

Pb

 

 

 

5,8

 

0,31

 

[44]

In

 

I

 

Ag

 

 

9,1

 

0,88

 

[45]

Sb

 

J

 

 

 

8,5

 

0,83

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Au

 

\

 

AuZn

( у п р . )

 

 

0,5

 

 

 

[46]

Zn

 

J

 

 

 

 

 

 

 

0,73

 

 

Au

 

I

 

AuAg(34%)

 

 

7,5

 

 

[47}

Ag

 

J

 

 

 

 

 

7,2

 

0,70

 

N

 

 

 

Fe

 

 

3,7-10-2

 

0,02

 

[17]

С

 

 

 

Fe

 

 

• 4 , 4 - Ю - 2

 

0,02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

V

•

 

 

1,7

 

0,85

 

[18]

N

 

}

 

 

 

1,2

 

0,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

носпектрального

микроанализа

и измерения

микротвердости,

показало

во всех

случаях непрерывное изменение концентрации.'

Это является вполне убедительным доказательством

отсутствия

предполагаемого

в работе

[28] соединения

V 3 A I . Этот

результат

согласуется

с

результатами

исследования

сплавов

ванадий —

алюминий в богатой ванадием области, полученньши

другими

^авторами. В работе [29] было показано, что введение

алюминия

в ванадий мало изменяет изомерное смещение

(сдвиг Н а й т а ) , на

основании чего было сделано заключение

о малой

вероятности

образования этого соединения. Попытки разных авторов

получить

это соединение

в

систе'ме

V—А1 не привели

к успеху

[30—31 Ji

В табл . 4—6 приводятся сводные значения .активационного,

объема д л я еамодиффузми,

гетеродиффузии,и

взаимной диффу­

зии различных

металлов .

 

 

 

 

 

 

.

Контролируемые диффузией процессы.

 

1

 

 

Ползучесть под давлением

 

 

 

 

 

 

 

Высокотемпературная

установившаяся

ползучесть

 

является

классическим примером диффузионно.-контролируемого процес­ са. Д л я чистых металлов и разбавленных т в е р д ы х растворов скорость ползучести определяется диффузионным переползанием остановленных каким - либо препятствием движущихся краевых дислокаций. Д л я . осуществления* п л а с т и ч е с к о й д е ф о р м а ц и и необг ходимо перевести, остановленную, дислокацию на. параллельную плоскость, где • возможно, перемещение краевой дислокации:

6* S3'.

Такое торможение может произойти при встрече с дислокацион­

ным лесом или закрепленной дислокацией Ломера — Коттрелла.

Как

было показано в наших работах, для разбавленных твер­

дых растворов энергия активации процесса ползучести

Еполз

равна

<2днф, а в концентрированных твердых растворах

£ П о л з >

Так

как в основе процесса высокотемпературной установив­

шейся ползучести лежит диффузионный процесс, дл я которого может быть определен активационный объем, то можно т а к ж е определить активационный объем высокотемпературной устано­ вившейся ползучести.

Скорость ползучести

є, согласно

работе

[52],

определяется"

уравнением:

 

 

 

 

 

 

где а — геометрическая

постоянная,

D — коэффициент самодиф ­

фузии,

d — параметр

решетки, G — модуль

сдвига,

М — концен­

трация

источников

дислокаций,

а — приложенное

напряжение,

k — постоянная Больцмана, Г — а б с о л ю т н а я

температура .

Если определять скорость ползучести при различных давле­

ниях,

то по уравнению

(3.35)

можно определить

значение AV

д л я каждого давления . Тогда величина активациоиного объема

находится

по уравнению:

 

 

 

AV

= —

RTсПпГ>

= —

Р Т а Ы И 0 , 6 ^ ' 6 0 3 ' 6 k T l a D • ° 4 , 6 J

( з

 

 

 

 

 

dP

 

2~Р

 

Если ограничиться первым приближением, то уравнение при­

мет

вид:

 

 

 

 

 

 

"

 

ДУ

 

R

T

1 п Ь - - * ( Р г - Р я )

(3.37)

где

 

 

 

d In а

г, р d In G

 

 

 

 

п r

(3.38)

 

 

-0,5

dP ;

3,5

dP

Из экспериментального исследования ползучести, выполнен­

ного

в работе

[53]

дл я

натрия и калия, было установлено, что

активационный объем составляет 0,5 молярного объема этих

элементов, однако

дл я свинца эта

величина составила

0,75, а

д л я алюминия 1,25.

 

 

•-. Если сравнить

значение данных

д л я активациоиного

объема

процесса диффузии, найденного по данным барической высоко-' температурной установившейся ползучести, с данными по влия­ нию давления на самодиффузию (табл. 4—6), то можно увидеть удивительно хорошее совпадение.. Это служит новым доказа ­ тельством того, что процесс высокотемпературной установившей­ ся-: ползучести осуществляется диффузионным путем.

Т а б л и ц а 6

 

 

 

 

 

Дктивационный

объем для процесса взаимной диффузии

металлов

 

Диффузионная

Структура

AV, см3/г'am

&V/V

Давление,

Литература

пара

кбар

F e - V

о ц к

3,2 - 4, 8

0,4—0,6

0 - 5 0

[48]

 

г ц к

5,5

0,65

 

 

Fe—Ni

г и д

6 - 7 , 2

0,8—1,0

0 - 4 0

[21]

Fe—Ni

г ц к

5,98—4,5

0,84—0,64

Ог-34

[50]

Co—Ni

г ц к

5,8—4,8

0,87—0,73

0 - 3 4

m

V — Al

о ц к

4,6

0,54 _

0—47

[27]

Fe—Co

г ц к

4,38

0,63

0 - 5 0

[49]

Так как процессы диффузии являются контролирующим мо­ ментом многих кинетических процессов, имеющих место в ме­ таллах и сплавах, то естественно ожидать изменения их харак ­

теристик в условиях высоких давлений.

 

К

таким процессам

можно отнести фазовые превращения,

упорядочения и разупорядочеиия, роста и растворения

фаз, окис­

ления

и восстановления

и другие.

 

В

последующих главах будет рассмотрен ря д

конкретных

примеров влияния давления на контролируемые диффузией про­ цессы.

.Исследование механизма диффузии при высоком давлении

Исследования механизма диффузии при высоких давлениях мо­

гут идти

по двум направлениям:

 

 

 

 

 

а)

прямое

определение

изменения объема AV по зависимо­

сти D от Р при данной

температуре;

 

 

 

 

 

б)

определение энергий

образования

и

перемещения

вакан­

сий дл я процесса диффузии

в условиях высоких

давлений.

 

Величина

активационного

объема д о л ж н а

существенно раз ­

личаться

дл я вакансионного

и щелевого

механизмов диффузии,

так как

в

первом случае

AV

представляет

собой

сумму

AV^fe

и ЛУдд!^,

а в

случае

щелевого механизма

она

равна

только

дувак

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; движ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходя из самых общих положений о зависимости активаци­ онного объема от давления, можно ожидать, что с увеличением давления энергетически более выгодным является щелевой ме­ ханизм диффузии (по типу внедрения) . Вследствие этого воз­ можно отклонение от линейной зависимости l g D от 1/7" при

увеличении давления . Это будет характеризовать

изменение ме­

ханизма

диффузии . Ка к показали опыты по исследованию само­

диффузии Na, в условиях давления

[54] возможны

три различ­

ных механизма диффузии, проявляющихся в различных

областях

давлений . Определение природы к а ж д о г о из этих

механизмов

представляет иногда сложную

задачу .

 

 

 

Д а н н ы е таблиц

показывают,

что д л я самодиффузии

металлов

значение

активационного объема

Д У изменяется

в

пределах

0,33—1,36.

 

 

 

 

 

 

И з уравнения

(3.7) следует,

что в значение

активационного

объема входит сумма активационного объема для образования вакансии и объема дл я перемещения ее.

Согласно теоретическим расчетам объема вакансий, выпол­

ненных дл я благородных

металлов,

значение

отношения

А У д в п ж в а к М ^ о б р и а і і находится

в пределах

0,5—0,9 [55] . Величина

энергии образования вакансии может изменяться от выбора по­ тенциала взаимодействия . Д л я большинства исследованных ме­ таллов, в частности д л я цинка, индия, урана, [З-титана и других, величина Д У близка к 0,5 от молярного объема, что является критерием определения вакансионного механизма . Близки к зна­ чению 0,5 величины активационных объемов, полученные дл я

процесса гетеродиффузии

и взаимной

диффузии в О Ц К кристал ­

лах

(табл.

6) . Такое значение получено

и для самодиффузии

натрия.

 

 

 

 

Значение

ДУ , равное

0,33, характерно

дл я щелевого механиз­

ма

диффузии (по типу

внедрения),

при котором AV равно

ЛУдвнж- Этот механизм может иметь место при высоких давле ­ ниях, когда становится невозможным образование вакансий, ка к это имеет место для процесса диффузии серебра и свинца при

давлении выше 11,9 кбар. П о этому механизму происходит

диф ­

фузия в олове.

 

 

 

 

 

 

 

Минимальное значение активационного объема относится к

диффузии легких

элементов

(углерода, азота,

кислорода)

в ме­

таллах,

которая

осуществляется по механизму

типа внедрения.

В случае диффузии углерода и азота в железе величина

А К

близка

к нулю. Это означает,

что диффузионный процесс

в

этом

случае

практически

не зависит от

давления .

 

 

 

Большой интерес

при изучении

механизма

процесса

диффу­

зии представляют данные дл я ДУ в алюминии, меди, серебре и

взаимной

диффузии Г Ц К металлов, значительно

превышающие

величину

0,5. Это свидетельствует о большом изменении величи­

ны коэффициента D от давления . Особенно сильно в ы р а ж е н а за­

висимость D от Р в алюминии и серебре, что пока

не нашло объ­

яснения.

 

 

Применение высокого давления имеет большое значение для исследования эффекта Киркендаля в чистом виде, т а к ка к в этом случае можно создавать условия, исключающие образование

Смотрите также файлы