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

1///

Си, % (по массе)

1 2

3 '

V

1

1

РИС. 5. Зависимость рав-

иовеоной

концентрации

10

20

teen

вакансий

в

сплавал

Рис.

4.

Зависимость

теплоем­

алюминий — медь

от со­

кости вакансий св от

времени

держания

меди;

Т/ГП л =

нагрева

4 в

сплаве А І + 2 %

Си

=0,98;

Д Г « 4

град

нию с чистым

алюминием,

а энтальпия образования ва­

кансий

уменьшается в

1,5

раза;

с 78,2 до 51 кдж

г-атом

(с 18,7

до '12,2 клал/г-атом).

Зависимость

nu ют

со­

держания меди линейна приблизительно до 2%

Си;

далее кривая зависимости немного отклоняется

кверху

(рис. 5);

абсолютная

величина

производной

d Q0 6p/

/d(ccu)

падает

во всем

интервале

концентраций ( р и с . 6 ) .

но от 0,1

д о 10

сек, на дв а порядка,

с введением в алю­

миний 4% Си (рис. 7). Энтальпия

перемещения

увели­

чивается

от 54,8 до 66,9 кдж]г-атом

[от 13,1 (0% Си) до

16,0 (4%

Си) ккал/г-атом]-,

причем

предельное значение

ее

практически

достигается

уж е при содержании

около

1%

Си; далее

она не меняется. С И Л Ь Н Ы Й рост времени

Оценка средней длины пробега вакансии

от источни­

ка показала, что она приблизительно

совпадает с поло­

виной толщины

образца и намного

больше,

чем р " 1 ' 1

( р д — плотность

д и с л о к а ц и й ) ,

к-

1 1

3

k

Си.%

С5?

Рис. 6.

Зависимость

энергии

Рис. 7.

Зависимость

времени

образования вакансий

Q06p в

релаксации

вакансий

т 0

в

сплавах

алюминий — медь от

сплавах

алюминий—медь

от

содержания

меди

содержания

меди;

Г/Го л =0,98

Б ы л а

изучена

теплоемкость

вакансий

в сплавах алю­

миния с 5,5 и 12%' (по массе)

Си, содержавших

части­

частицами в обоих

сплавах отличались на порядок

(0,11

и 0,009 мм соответственно), но были

намного

меньше

размера зерна, т. е. расстояния между

границами

зерен

(0,5 и 0,04 мм соответственно). Из анализа

кинетики

установления равновесного

значения

теплоемкости и

времен .релаксации

следует,

что

основным источником

вакансий является

некогерентиая

поверхность

частиц

фазы СиАЬ. Таким

образом,

границы

фаз наряду

с гра­

вакансий.

Соответственно граница фаз, подобно грани­

це зерна,

может быть фактором аномальной диффузион­

деленных условиях основным

источником

вакансий

в

ненасыщенном

ими кристалле

является

свободная

по­

верхность

(или

границы

зерен

и ф а з ) ,

а

дислокацион ­

ные источники

малоэффективны .

Примем в качестве критерия эффективности

дислока­

ционных

источников

отношение времени

релаксации

т д

вакансий

на дислокациях

(все

вакансии

исчезают

или

рождаются на

дислокациях) к экспериментально наблю ­

даемому хв : r\—XpJxB-

С

точностью

до

геометрического

множителя

t B « * . < L 2 > / Z ) B ,

если

принять

распределение

источников

(стоков)

случайным

( < L 2

> 1 / s — с р е д н е е

значение пути вакансии от источника). В

случаях, когда

плотность

дислокации

р д неизвестна,

для

оценки верхне­

го

предела

т д

д л я хорошо

отожженного материала мож­

но

принять р д

д а 1 0 6 - И 0 7

см~2.

З а й д м а н

и Б а л л у ф ф и

[18]. принимают

за

критерий

личиной

пересыщения 5 = _ _ 5

!_.Если ftB<«B,

то

S

оп-

ределяет

«недосыщение»

решетки

вакансиями . В

этом

случае S m a x = l .

Анализируя

результаты ряда

работ [10,

16,

30,

31],

З а й д м а н

и Б а л л у ф ф и пришли к

выводу

[18],

что,

по

крайней

мере, д л я

чистых

металлов

с высокой

энергией

дефекта

упаковки,

например

д л я

алюминия,

эффектив­

ность дислокаций в области пересыщений, больших

1%,

близка к

единице.

Легко

заметить,

что приведенные

выше

результаты

(релаксационные свойства вакансий в алюминия)

про­

тиворечат этому

выводу. В чистом

алюминии

при

ДГда

« 3 град,

Qo6p = 0 , 8 1 эв/атом

и Г « 9 0 0 ° К

расчет

дает

S«ä0,036,

а при

A T « 3 0 град,

S . » 0 , 3 .

В

обоих

случаях

т ) « - 5 - 1 0 _ 2 - ь 2 - 1 0 _ 3 .

Таким

образом,

в

области

«недосы-

щений»,

достигающих 30%,

при

температурах

около

900°К дислокации в отожженном алюминии

являются

малоэффективными

источниками

вакансий.

Такой

ж е вывод

следует из

анализа

некоторых

дру­

гих .работ, в том числе собственных результатов

Зайд -

мана

и Б а л л у ф ф и

по переползанию дислокаций

при

на­

греве.

Действительно, время возникновения вакансий в

золоте было мало [10]; при

нагреве

с

436

до

653°С

(в

течение

10—20 мсек,

затем

выдержка

от

20

мсек

до

1,5

сек

и

резкое

охлаждение

со

скоростью

1—'1,5Х

Х ' Ю 4

град/сек

до

4,2°К)

т у .

(время, за которое появля­

ется

50%'

п р )

при

653°С

составило

80

мсек,

а при

нагре­

ве с

631

до 878°С —9,5

мсек.

Это

намного

меньше

того

времени, при котором ва­

кансии

возникали

бы

на

поверхности,

но

сущест­

венно

больше

времени

возникновения их на дис­

локациях,

соответственно

в

8

и

5

раз

( р д ~ 6 - 1 0 7

смт2). Сказанное

иллюст­

рируется рис. 8, на кото­

0,5

1,0

1$

ром

изображены

расчет­

ные

кривые

изменения

во

t, сен

времени

концентрации

Рис.

8.

Кинетика

установления

вакансий пв, идущих

от

равновесной

концентрации

вакан­

сий

при

нагреве

с 436

до

653°С:

поверхности

и границ

зе­

/ — эксперимент; 2,

3 — расчетные

кри­

рен

(кривая

2),

дислока­

вые

максимального

вклада

поверхно­

ций

(кривая

3),

а т а к ж е

сти

и

границ зерен (2)

н

дислокаций

(3)

[101

экспериментальная

кри­

вая /. Видно, что скорость

установления равновесной концентрации

вакансий

/ і р

зна­

чительно

(почти

на

порядок)

меньше,

чем при

100%

эффективности

дислокационных

источников,

хотя

«не-

при 673 и 878°С соответственно1 . Аналогичные

результа­

ты получены теми ж е авторами на меди и

алюминии,