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: 92

Скачиваний: 1

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

сохраняется

там, где проходила

граница

зерна,

хотя

в результате рѳ кристаллизационного отжига

образова­

лась новая

структура. «Сила» этой

памяти

зависит

от

состояния границ (степени дефектности, наличия приме­

сей) и от условий опыта. Описанные результаты

приво­

дят к постановке вопроса,

в а ж н о г о

в

теоретическом и

практическом отношении. Н а н а ч а л ь н ы х

стадиях образо­

в а н и я новых зерен при рекристаллизации старые

грани­

цы более

проницаемы

д л я

атомов

диффундирующего

элемента,

чем новые.

Очевидно, что диффузионное

про­

никновение посторонних атомов и разрушение межатом ­

ных связей при вытравливании границ (при

металло­

графическом .анализе) представляют собой разные

спо­

собы оценки дефектной структуры.

 

 

Следует обратить внимание на то, что на

авторадио-

граммах с двойной сеткой очертания старых

границ

бо­

лее темные и не образуют замкнутого контура. По-види­

мому, залечивание дефектов на одних участках идет быстрее, чем на других, что, возможно, связано с нерав­

номерным распределением примесей

по границам в свя­

зи с неоднородным строением самих

•границ.

Аналогичный эффект наследственности был экспери­ ментально установлен при авторадиографичеоком насле­ довании диффузии в о л ь ф р а м а в молибдене и его двой­

ных оплаівах с цирконием

[80] . После

предварительного,

вакуумного

отжига выше

температуры

рекристаллизация

(1700°С, 14 ч) поверхность молибденовых образцов

ак­

тивировалась радиоактивным

изотопом

в о л ь ф р а м а

W 1 8 5

в гальванической ванне, затем образцы

повторно

отжи­

гали при

1750°С, 108 ч

д л я

диффузионного

насыще­

ния. Анализ авторадиограмм косых срезов показал, что

наряду

с диффузией вольфрама

по стабильным

для

1750°С

границам

зерен

наблюдается

проникновение

W 1 8 5

по

исходным

границам, существовавшим

до

диф ­

фузионного отжига

(рис. 48).

 

 

 

 

Таким образом, и в растворах з а м е щ е н и я

тугоплав­

ких

металлов повышенная

диффузионная

проницаемость

наблюдается в

тех участках кристаллической

решетки,

где проходила

исходная

граница

зерен

(до

о т ж и г а ) .

К а к

и у железных

сплавов, наследственная

структура

отчетливей обнаруживается в молибдене, легированном

цирконием.

Это, вероятно,

обусловлено

повышенной ус­

тойчивостью

структурных

дефектов в

областях, раополо-

Л 8

 

 

 

жения исходных межзеренных границ из-за наличия там

трудно диосоциирующпх

соединений

типа окислов или

карбидов

циркония.

 

 

 

 

•Этот

эффект

м о ж е т

быть

использован

практически

для повышения

пластичности

металла

путем

соответст­

вующего перераспределения охруичивающих примесей. При оптимальном режим е рекристаллизации незалечен­ ныеисходные границы зерен будут своеобразными ло­ вушками д л я примесей атомов углерода, кислорода, азо­ та и др., концентрация которых н а вновь образованных границах поэтому понизится. Эффект диффузионной нас­

ледственности

 

н а б л ю д а л с я

т а к ж е

методом

электронно-

микроскопической

авторадиографии при

самодиффузии

никеля.

Образцы

 

металла

подвергали

диффузионно ­

му насыщению

по

границам

зерна оловом

(900°С).

После снятия

слоя

 

объемной

диффузии

на

поверхность

о с а ж д а л и

N i 6

3

и

исследовали

диффузии

и а

поверхность

620—І10°С. При этом эффект наследственности

заклю ­

чался в сохранении

дефектности

прежнего

положения

границы

зерна

после м и г - у

 

 

 

 

 

рации границы, происходившей при диффузион ­ ном отжиге . В результате и старые и новые границы

являются

 

областями

по­

вышенной

диффузионной

проницаемости.

Н а

рис.

42

приведена

авторадио­

грамма - реплика,

харак ­

теризующая

 

повышен­

ную

диффузионную

про­

ницаемость

обширной

об­

ласти,

оставшейся

за

мигрирующей

границей.

О диффузионной на­ следственности бывших границ зерен свидетель­ ствуют т а к ж е косвенные данные [80] .

Температура

отжига, "С

Рис. 49. Влияние

промежуточного

отжига на диффузию (800°С) оло­

ва

в объеме и по границам зер­

на

никеля

после

предварительной

деформации

[700°С, 0=60 М«/ж2

 

(6 кГ/мм2),

0 = 12,1%]

О-бразцы никеля подвергали пластической дефор ­ мации при 700°<С [ а = 6 0 Мн/м2 (6 кГ/мм2), 6 = 12,1%]. Измерение коэффициента диффузии олова в никеле ме­ тодом авторадиографии косого 'среза показало, что

119

коэффициент диффузии после

пластической

деформации

возрастал в объеме примерно

в 8, а по г р а н и ц а м

зер­

н а — примерно в 2 раза . Деформированный

.металл

под­

вергали высокотемпературному отжигу (выше темпера­ туры рекристаллизации) .

Анализ полученных данных показал, что промежу ­ точный отжиг существенно ослабляет эффект ускорения диффузия, вызываемый деформацией, однако полностью

не

устраняет его

ни

внутри

зерна,

ни

по

его

грани­

цам (рис. 49).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние

состава

на диффузию

по

границам

 

зерен

 

 

В реальных

сплавах

диффузия

 

по

границам

зерен

•протекает в среде,

отличающейся

не только

по

структу­

ре, но и по составу от тела зерна. Так, в

исследованиях

Томаса

и Чалмерса,

проведенных

с помощью

примеси

радиоактивного

п о л о ш я

Р о 2 0 0 ,

 

в

 

с п л а в е

РЬ —

Sb

(5%

Sb)

обнаружено

обогащение

границ

зерен

при

со­

д е р ж а н и и примеси

в сплаве 10~8 %. Наличие

примесей

на

границе ів той

или иной

степени

д о л ж н о

сказаться

на

Drp

— либо

непосредственно

в

связи

с

изменением

состава,

либо

косвенно

за

счет

изменения

структуры

•границ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В серии работ

Архарова [159] при металлографичес­

ком

исследовании

наблюдалось торможение

предпочти­

тельной

граничной

диффузии

никеля

в

железе,

легиро­

ванном ванадием,

титаном, ниобием,

молибденом

и

бо­

ром. Известно,

что

никель

и

железо

образуют

неограни­

ченный ряд растворов и их атомные размеры почти оди­

наковые . Поскольку

характер

взаимодействия

добавок

с матрицей

самый

разнообразный, влияние

их может

быть чисто

химическим, или

структурным.

Наоборот,

введение в оплаве сурьмы сильно' ускоряет дифіфузию се­ ребра вдоль границ зерна меди. Учитывая большую раз ­ ницу в атомных р а з м е р а х меди и сурьмы, можно пола­ гать, что сурьма, сосредоточенная на границах зерен, увеличивает плотность дефектов и расширяет диффузи ­ онную зону. Интересны результаты, полученные при ис­

следовании диффузии

серебра в железе, —

оба элемента

вз-аимно не растворяются

и, следовательно,

диффузия не

д о л ж н а протекать .

При

легировании железа

0,2—

120

1,0% Pd, находящимся по границам зерен, обнаружи ­ вается пограничная диффузия серебра. Очевидно, диф ­ фузия идет здесь в растворе железо — палладий по де­ фектным местам .

Представляют

интерес

данные о влиянии бора

на

зернограничную

диффузию .

Известно, что

количества

бора до 0,1% сильно влияют на

свойства

железных

и

никелевых сплавов. Бор заметно

повышает

жаропроч ­

ность никелевых

сплавов. Выше отмечалось,

что бор за­

медляет диффузию .по границам

зерен. Исследования Мо ­

роз, проведенные методом

авторадиографии

['136],

пока­

зали, что в присутствии бора (~0,01%) коэффициент

диф ­

фузии олова

по границам

зерна никеля умеьшаетея при­

мерно

в 5 раз, а энергия

активации диффузии

возраста­

ет со 127 до

146 кдоіс/г-атом

(с 30400 до 35000

 

кал/г-атом).

Аналогично

влияние

бора

в никелевом сплаве

ЭИ437Б .

При

введении

0,01 % В

Q r p

возрастает

со

173

до

190 кдж/г-атом

(с 41500 до 45600 кал/г-атом).

Бор по­

вышает отношение

Q r p /Q 0 6 в никеле с 0,52 до 0,-59,

а в

сплаве с 0,6 до 0,71, т. е. п р и б л и ж а е т

состояние

границ

в кинетическом

и термодинамическом

отношении

к

сос­

тоянию объема

зерна.

 

 

 

 

 

 

 

Р а н е е отмечалось, что при саімодиффузии

никеля

бор

уменьшает £>г р и диффузионную ширину границ

зерен,

когда

примесь

находится

в растворе,

и действует

проти­

воположно, когда она выделяется в виде боридов и соз­

дает возможность дл я диффузии

по м е ж ф а з н ь ш поверх­

ностям раздела в приграничной

области. Механизм вли­

яния 'бора не вполне

ясен. П о к а з а т ь

картину

распреде­

ления 'бора в сплаве обычными методами

авторадиопра-

фин не удается

из-за малото

времени

полураспад а

радиоактивного

-бора

(7'.э,5 = 0,І2 сек).

Используя

ядер ­

ную реакцию при облучении

железного

о б р а з ц а

мед­

ленными нейтронами

и авторадиографию

în

situ,

Хил-

лерту удалось

показать, что в

железе

бор

концентриру­

ется преимущественно по границам зерен. В [170] дл я определения локальной концентрации и распределения бора в металле была использована методика, основанная на фиксации треков а-частиц от реакции бора с тепловы­ ми нейтронами. Заключение делается на основании рас­ положения и плотности треков. Подтвердилось зернограничное распределение примеси в легированной стали, со­ д е р ж а щ е й 0,0005% В.

121

Смотрите также файлы