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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 68

Скачиваний: 1

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

циента диффузии. Критерием метастабнльности служила более высокая диффузионная подвижность, чем в равно­ весном металле. За равновесное состояние принимали со­ стояние поверхности после электрополирования (удаля­ ли поверхностный слой толщиной ~ 5 0 мкм). Положение диффундирующего элемента в структуре металла опре­ деляли с помощью метода авторадиографни [128].

Исследование

влияния

различных

видов механиче­

ской обработки,

таких как

шлифование, фрезерование,

гпдроабразивная

и пескоструйная

обработка, на ско-

Рис. 7-t. Изменение коэффици­ ента D и энергии активации Q самодпффузин по глубине шли­ фованного слоя никелевого сплава ХН77ТЮР D при 700°С

30 Х.г:

рость диффузии в поверхностном слое никеля и никеле­ вого сплава Х Н 7 7 Т Ю Р показало, что в деформирован­ ном слое коэффициент диффузии больше, чем в электрополироваином образце, в десятки и сотни раз .

Ускорение диффузии в деформированном поверхно­ стном слое металла физически объясняется диспергиро­ ванием структуры при деформации, образованием боль­ шого числа поверхностных дефектов. Наибольшей диф­ фузионной проницаемостью, очевидно, отличается самый тонкий нарушенный поверхностный слой. Действительно, исследование изменения скорости диффузии по глубине шлифованного слоя показало, что по мере удаления от поверхности скорость диффузии резко падает.

На рис. 74 показано изменение коэффициента

само­

диффузии никеля при 700°'С в сплаве

Х Н 7 7 Т Ю Р по глу­

бине шлифованного слоя.

У ж е после

снятия

слоя

тол­

щиной 2 мкм D уменьшается в

80 раз, а после

удаления

30 мкм — 900 раз, т. е. почти на 3

порядка

(величина

эффекта

сильно

зависит

от

условий шлифования),

Энергия

активации

самодиффузии

меняется

при

этом

следующим образом: в поверхностном слое, после снятия

слоев 2 и 30 мкм

96, 156, 186 кджіг-атом (22800, 36400

и 44600 каліг-атом)

соответственно.

178


Н а б л ю д а е м о е изменение параметров диффузии по глубине шлифованного слоя, очевидно, связано, с соот­

ветствующим изменением тонкой структуры.

Проведен­

ные рентгенографические исследования

(И. I I . Рощина,

метод анализа ширины рентгеновских линий)

показали,

что после удаления со

шлифованного

образца

слоя в

2 мкм величина

блоков

возрастает почти

в 3 раза

(2- Ю - 6

и 5-ICH3 см), а

плотность дислокаций

уменьшается

в 6

раз (7,5-10" и 1,2.10й

см-2). Соответственно,

как

пока­

зывают авторадиографические

исследования,

уменьша­

ется число путей

преимущественной диффузии

(см.

рис.

71) и, следовательно, скорость

диффузии . (Как отмеча­

лось выше, по диффузионной проницаемости удается об­ наружить зону деформирования никеля после шлифова­

ния, значительно более глубокую, чем

она

фик­

сируется

рентгеноструктурным

анализом,

~ 4 0 0

мкм

против 60

мкм).

 

 

 

 

Существенное значение имеет вопрос о том, в

какой

степени устойчивы структурные

нарушения

поверхност­

ного слоя,

поскольку с

повышением температуры

сте­

пень дефектности м о ж е т

меняться, и как высоко по тем­

пературе отмечается ускоренная диффузия .

 

 

Очевидно, что уменьшение

концентрации

дефектов

при нагреве зависит от природы металла и условий его деформации. Так, например, в работах Л а р и к о в а показа­ но, если применить три способа упрочнения металла — пластическую деформацию, фазовый наклеп и облучение,

то оказывается, что они не эквивалентны с точки

зрения

устойчивости дефектов

д а ж е при

одинаковой

исходной

плотности

дислокаций:

скорость

разупрочнения

после

фазового

наклепа в железных сплавах в 10 000

раз

мень­

ше, чем после пластической деформации . Очевидно, что

металлы

с более стабильной дислокационной

структурой

будут разупрочняться менее интенсивно.

 

Проявлением устойчивости дефектной структуры яв­

ляется, в

частности, т а к

называемый эффект

наследст­

венности.

В работе ,[80]

прямым экспериментом показа­

но сохранение дефектности структуры, связанной с гра­ ницей зерна, при температуре значительно выше темпе­

ратуры рекристаллизации

( о м . г л . I I I ) .

 

Исследовалась [80] устойчивость дефектной структу­

ры поверхностного слоя

при нагреве различных

метал­

лов. Мерой устойчивости

наклепанного состояния

служи -

Т Зак. 618

179


ла диффузионная проницаемость. Сопоставляли диффу­ зию никеля в шлифованной и полированной поверхности разных металлов при одинаковых гомологических темпе­

ратурах . Результаты исследования

приведены

на

рис. 75.

 

 

 

 

 

Из графика следует, что ус­

 

 

 

 

 

коренная

 

д и ф ф у з и я

в

дефор­

 

 

 

 

 

мированном слое

в металлах с

 

 

 

 

 

г. ц. к. решеткой

(никеле,

ме­

 

 

 

 

 

ди)

сохраняется

существенно

 

 

 

 

 

выше

температуры

рекристал­

 

 

 

 

 

лизации .

При

 

этом

по

абсо-.

 

 

 

 

 

лютной величине в никеле эф­

 

 

 

 

 

фект

больше,

чем

в

меди,

тог­

 

 

 

 

 

да как в металлах с о. ц. к. ре­

0,W Qtä 0.50 0,55 0ß0 Q55 0.70 0,75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T-'jtpjTn/]

 

 

шеткой (железе, хроме, молиб­

 

 

 

 

 

дене) эффект наклепа снима­

Рис. 75.

Влияние

темпе­

ется

при

достаточно

низких

ратуры

отжига

на

со­

температурах .

 

 

 

 

 

 

хранение эффекта уско­

' Так,

например,

в

никеле

рения

диффузии

в

де­

при

температуре

 

диффузии,

формированном

поверх­

 

ностном

слое

разных

ме­

равной

0,5

Гщі,

коэффициент

 

таллов

 

 

диффузии

в

деформированном

 

 

 

 

 

поверхностном

слое

еще

в

200

раз больше,

чем

в

электрополированной

поверхности, а

в железе

при

0,5

Тпл

нет

разницы

в скоростях

диффузии

в шлифованной и электрополированной

 

поверхностях.

Н а б л ю д а е м о е

различие, очевидно,

связано с различи­

ем в дислокационной структуре поверхности металлов с разной кристаллической решеткой после деформации и

последующего

нагрева.

Сравнительная

оценка

тонкой

структуры

поверхностного

слоя

ж е л е з а

и никеля

после

одинаковой

механической

и

термической

обработки

(шлифование и последующий отжиг-при 0,5

Тпл,

5 ч) по­

к а з а л а ,

что в ж е л е з е по

сравнению

с

никелем

размер

блоков

больше

примерно

в 3 раза

( 1 , 4

- Ю - 4

для

железа

и 5 , 2 - Ю - 5 д л я

никеля), а плотность

дислокаций

меньше

почти на порядок (1,5- 10s

и

1,1 • 109 ). М е ж д у

тем, в исход­

ном состоянии после шлифования размер блоков и плот­ ность дислокаций д л я ж е л е з а и никеля были практически одинаковы.

Очевидно, в а - железе и хроме (о.ц.к. решетка) наклепанное состояние менее устойчиво, чем в никеле и медиг.ц.к. решетка) . Это согласуется с данными по вли-



ЙНІІІО типа решетки на интенсивность разупрочнения ме­ таллов . Так, в ряде работ показано, что в металлах сг.ц.к. решеткой при возврате 'Снимается только часть наклепа, основное разупрочнение происходит при рекристаллиза ­ ции. В металлах с гексагональной решеткой, деформиро­ ванных в условиях легкого скольжения, наклеп .может быть полностью снят при возврате без рекристаллизации за счет процесса полтігоннзации, относительно легко ре­ ализуемого благодаря хорошей подвижности дислокаций.

Существует определенная зависимость между интен­

сивностью

разупрочнения и

энергией

дефекта упаковки

металла:

энергия

активации деформационного

разу­

прочнения

в г.ц.к.

металлах

д о л ж н а

быть м а л а

д л я ме­

таллов с высокой энергией дефектов упаковки и велика для металлов с низкой энергией дефектов упаковки. По­

скольку медь и, по

некоторым данным, никель — метал ­

лы с относительно

низкой энергией дефектов упаковки,

то скорость разупрочнения в них мала, переползание и аннигиляция дислокаций затруднены, плотность дисло­ каций падает медленно, и поэтому, по-видимому, еще при достаточно высоких температурах удается регистриро­ вать повышенную скорость диффузии в приповерхност­ ном шлифованном слое. ( Н а д о т а к ж е иметь в виду, что в случае никеля в данной работе исследовалась еамоднф -

фузия,

а во всех других случаях — гетероди'ффузия).

По-видимому, химический

состав

сплава

т а к ж е

влияет

на изменение скорости

диффузии

в деформиро ­

ванном поверхностном слое при нагреве, поскольку воз­

никающая при деформации дефектность структуры

и ее

стабильность зависят

от состава сплава.

 

Б ы л о преведено

сравнительное исследование

само­

диффузии никеля в никеле и его сплавах с постепенным усложнением состава — в нихроме, в с п л а в а х Н Х 7 7 Т Ю Р и ЖО&К ({Nr—-Cr; «Ni—Cr—Ті—Al—В и N i — C r — Т і — A I -

M o — W — В ) . Д и ф ф у з и о н н а я

подвижность

исследовалась

при температурах: 700°С

д л я никеля,

нихрома

и

ХН77ТЮР и 8'50°>С д л я Ж С 6 К на шлифованных образцах . •Измерения показали, что по мере легирования спла­ ва уменьшается влияние поверхностной обработки, в ча­ стности шлифования, на ускорение диффузии в поверх­

ностном

слое. Так, отношение Dmsi/Dnonnp

при

700°С

д л я

никеля,

нихрома и Х Н 7 7 Т Ю Р соответственно

равно

100,

75 и 56,

а д л я сплава Ж С 6 К при 850°С,

14.

 

 

181