Файл: Бокштейн, С. З. Диффузия и структура металлов.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 87

Скачиваний: 1

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

Л ю б о в ы м .

В

этой р а б о т е д а н а т а к ж е

оценка

границ

применимости

модели.

определения Drp

 

 

Таким

образом, дл я

в этой

модели

надо знать

коэффициент

объемной диффузии и

ширину

границы зерна.

Отметим, что в случае зернограничной диффузии сог­ ласно теории Фишера прямолинейная зависимость кон­ центрации получается не от у2, как в случае объемной диффузии, а, подобно диффузии вдоль дислокационной трубки, от у.

Решение Фишера справедливо дл я достаточно

боль­

ших у.

И з

него

вытекает,

что диффузия

по

границам

зерна

заметна лишь при большой разнице в

скорости

диффузии по границам и внутри зерна

Drp/D3—

10s -~ 104

и относительно

небольших

 

р а з м е р а х

зерна

( Ю - 1 —

Ю - 3 см).

Этим

объясняется

возможность

наблюдения

заметной

зернограничной

диффузии лишь

при

относи­

тельно не высоких

температурах .

 

 

 

 

В работе [142] для оценки

решений,

предложенных

Уипплом и Сузуока при изучении диффузии по границам зерен, использовали три метода: 1) измерения глубины проникновения; 2) поперечного разреза образца; 3) из­

мерения интегральной

активности остатка [196].

В

случае изучения

диффузии при малых

концентра­

циях

вещества (до 0,005%) решения Уиппла

и Сузуока

дают примерно одинаковые значения коэффициента диф­

фузии

независимо от методики

эксперимента.

 

В

случае

больших

концентраций

(0,1—100%)

метод

[196]

не чувствителен

к математической модели, исполь­

зуемой дл я обработки

экспериментальных

данных.

Б ы л предложен [131] абсорбционный вариант мето­

дики,

позволяющий по перегибу

кинетической

кривой

зависимости

интенсивности от времени

диффузионного

отжига I(t)

определить параметры диффузии по грани­

цам зерен.

На рис. 35 представлен

график эксперимен­

тальных кинетических кривых для диффузии Fe5 9 в спла­ ве Fe — Si (3 % Si) . Перегиб на кривых является следст­ вием влияния границ зерен на ход процесса диффузии в поликристаллическом теле.

Авторы работы [132] рассмотрели метод разделения потоков объемной и граничной диффузии дл я у-излуче- ния. Д л я определенных граничных условий дано решение уравнения диффузии . Методом снятия слоев определена

87

величина интегральной радиоактивности остатка,

про­

порциональная количеству продиффундировавшего

ве­

щества.

Коэффициенты

диффузии

вычислены

на

осно­

вании

сравнения

экспериментальной кривой с семейст­

вом теоретических

кривых.

 

 

 

 

 

Аналогичный

расчет

был сделан д л я

изотопов с

мягким ^-излучением [52] . Если с

помощью

фильтров

выделить мягкую

составляющую

спектра

ß-излучения,

 

0,20,10,60,0 1

 

г

 

3

X

Рис. 35. Кинетические кривые зависимости

интенсив­

ности / от

времени диффузионного отжига

(т)

(Fe—

 

 

 

Si)

:[I3I]

 

 

 

то этот

метод

можно

использовать

и

для

изотопов с

жестким

ß-излучением. Д л я

построения

 

концентрацион­

ных кривых измеряли разность значений

интенсивности

излучения без

фильтра

и с фильтром.

Т а к а я

методика

была применена д л я вычисления параметров диффузии

вольфрама W 1 8 5

в быстрорежущей

стали.,

 

 

Р я д методик

измерения

параметров зернограничной

диффузии основан на

исследовании непосредственно диф ­

фузионной зоны в пределах отдельных зерен-

При

этом

определяется

глубина проникновения

диффундирующего

вещества

по

границе

и внутри

зерна,

а т а к ж е

изменение

концентрации

вдоль

границ

зерен

(Ci) .

С (у,

t) и

Так,

например,

из опыта

определяют

(У, 0 ;

графически

из зависимости

l g С — y2n\gCx—

у

значения

tga

и t g a b по которым из соответствующих

фор­

мул вычисляют D и о£>ь

88

1,01 (Ô Ѳ) • (D t)4t

+

Df = 0 , 1 2

7 5

,

(25)

£>

e

0,1275

 

 

/ 2 6 )

 

 

 

 

'

 

tg

a

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

ö — ширина границы зерна .

 

 

 

При достаточно точных

измерениях

граничную

д и ф ­

фузию можно обнаружить при

DJD^IO3.

 

 

 

Анализ некоторых

методик

измерения

параметров

диффузии по границам зерна, частично упомянутых вы­ ше, сделан в работе [52] .

К а к указывалось ранее, при не слишком высоких температурах значения коэффициентов диффузии выше тех, которые получены экстраполяцией от высокотемпе­ ратурных значений. Действительно, авторадиографи - чеокие наблюдения о б н а р у ж и в а ю т в этом случае диф ­ фузию преимущественно по границам зерна, выражен ­ ную тем более ярко, чем ниже температура диффузион ­ ного отжига [136]. Таким образом, взаимодействие диф ­ фузионных потоков в объеме и по границам зерна поли­ кристаллического образца приводит к различным типам распределения концентрации по глубине диффузионной

зоны в разных температурных

интервалах .

 

Б ы л а

сделана

попытка [55,

134] получить

количест­

венный

критерий,

определяющий условия, при

которых

преобладает диффузионный поток в межкристаллитных сочленениях или в объеме кристалла . Согласно данным этих работ, при оценке объемной диффузии можно не учитывать влияния зернограничной диффузии, если тем­

пература

настолько

высока,

что

выполняется неравен­

ство:

 

 

 

 

 

 

 

^ ^ -

<

10».

(27)

Соответствующий

критерий

для

межкристаллитной

диффузии

имеет вид:

 

 

 

 

 

 

г -р — >

10*.

(28)

89

где ü 3 r p и Соб — соответственно

коэффициенты

диффу­

зии по границам и внутри зерен;

ô — э ф ф е к т и в н а я

ширина

границы

зерна;

t — время

диффузии .

 

 

Н а основе предложенных критериев

и оценки

наибо­

лее надежных данных по самодиффузии

серебра

и нике­

ля авторы определили н и ж н ю ю границу

высокотемпера­

турного интервала, в котором можно пренебречь

влия­

нием межкристаллитной

диффузии на

D0 6, и верхнюю

границу низкотемпературного интервала, в котором

можно

пренебречь

влиянием объемной

диффузии на

/ З г р . П е р в а я граница

соответствует 0,8—0,9

Гпл, вторая

0,5-0,6 Г п л .

 

 

И з

изложенного

следует, что критическая температу­

ра, начиная с которой можно пренебречь вкладом зернограничной диффузии, достаточно высока и, следователь­

но, интервалы температур, в которых допустимы

измере­

ния чисто объемной диффузии, очень узки; для

никеля,

например, этот интервал І250—1300°С. Отметим,

однако,

что согласно авторадиографическим исследованиям [29], преимущественная самодиффузия по границам поли­ кристаллических металлов и сплавов, в частности нике­

ля, наблюдается почти вплоть до температуры

плавле­

ния-

Н а рис. 36 приведены

авторадиограммы,

получен­

ные

после диффузионного

насыщения

никеля

изотопом

N i 6 3

при разных температурах . Видно, что с

повышением

температуры

влияние границ

ослабевает,

однако

оно

сохраняется

еще, по крайней

мере,

до

температуры

1370°С, т. е. практически до предплавильных

температур.

П р и изучении диффузии

в температурном интервале,

в котором соблюдается критерий (28), наблюдается

ли­

нейная зависимость интегральной интенсивности излуче­ ния образца от глубины диффузии, 1п/(г/). Это позволя­ ет использовать приближение Фишера дл я описания диффузии по границам зерен [57] .

П р о а н а л и з и р о в а в значительное

число

эксперимен­

тальных данных с точки

зрения предложенных критери­

ев, авторы [55] приходят

к выводу,

что

наиболее до­

стоверными являются результаты, полученные при по­

слойном радиометрическом

анализе

диффузионной

зоны.

 

 

 

 

Согласно

[55], д и ф ф у з и я

по границам

зерна,

подоб­

но диффузии

по дислокациям, осуществляется не

вакан-

90

Смотрите также файлы