ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Конкуренция примесей при адсорбции на границах зерен и межзеренное разрушение в твердых растворах из "Обратимая отпускная хрупкость стали и сплавов железа " Температуру минимума для конкретных сплавов можно найти из формулы (46) при / - 0. [c.122] что преимущественная адсорбаия на границах зерен одной из примесей приводит к уменьшению конфигурационной энтропии. С понижением температуры вклад энтропийной составляющей в кднфигурационную свободную энергию падает, и именно это обстоятельство делает термодинамически выгодным преимущественную адсорбцию примеси с большей энергией связи с границами Р. [c.122] Поскольку в сплавах, данные для которых показаны на рис. 5, присутствует (8—17) -10 С, можно полагать, что низкотемпературная ветвь С-кривых охрупчивания является отражением описанного эффекта конкуренции при межкристаллитной внутренней адсорбции полезной примеси — углерода, с опасными — фосфором, азотом и кислородом для которых энергия связи с границами зерен, по-видимому, ниже, чем для углерода. Результаты первой детальной экспериментальной проверки этих представлений для твердых растворов Ре — Р — С рассмотрены в [99].. [c.123] Поверхностная энергия фосфора ( 50 мДж/м ) почти в 40 раз ниже, чем железа, а поверхностная энергия углерода (2500 мДж/м ) заметно выше, чем железа. По проведенным выше оценкам межкристал-литная внутренняя адсорбция фосфора должна резко снижать, а углерода — существенно повышать межзеренное сцепление железа. Существует [164] экспериментальная оценка энергии Я взаимодействия углерода с границами зерен а-железа при умеренных температурах 773—873 К, характерных для развития отпускной хрупкости 0,65 эВ и, как будет показано ниже, есть возможность экспериментально определить Р для фосфора, причем оказывается, что Р Р , Высокая диффузионная подвижность углерода и фосфора в а-железе (см. гл. II) способствует быстрому достижению равновесного распределения примесей между объемом и границами зерен даже при относительно низких температурах отжига. [c.123] Растворимость опасной примеси — фосфора в а-железе довольно велика ( 0,5 % (ат.) при 673 К и 1 % (ат.) при 873 К [138]), что позволяет варьировать его концентрацию и степень хрупкости границ зерен в широких пределах. Содержание углерода может быть легко и быстро изменено науглероживанием или обезуглероживанием тонких образцов в газовых смесях, причем очень важным обстоятельством представляется возможность простого и высокочувствительного контроля малых концентраций углерода в -твердом растворе ОЦК-железа с помощью эффекта Снука. [c.123] По окончании термической обработки во избежание перераспределения примесей образцы до начала любых измерений хранили при 77 К. [c.125] При неизменном размере зерна, стабилизированном предварителЬ ным высокотемпературным отжигом, восприимчивость однофазных сплавов Ре — Р — С к межзеренному разрушению изменяется с температурой отжига Т по С-образной кривой. В качестве примера на рис. 41 показаны С-кривые охрупчивания для сплавов с разным содержанием фосфора и одинаковым содержанием углерода. Минимум показателей сопротивления межзеренному разрушению 3 ( Л и р(Г) после отжига при температуре носа С-кривых Г =600 С становится более глубоким с ростом концентрации фосфора. В бесфосфористом железе (0,001 % Р) минимум этот вообще отсутствует, и излом полностью транскристаллитный ()3 = 1) (рис. 41). Травимость границ зерен в пикриновой кислоте — реактиве, специфически чувствительном к повышенной концентрации фосфора в железе [1], максимальна после отжига образцов при температуре Т = 600°С, обеспечивающей минимум прочности границ [31. [c.126] Эти факты показывают, что С-образный характер изменения прочности границ зерен обусловлен таким же изменением с температурой отжига концентрации фосфора на границах. [c.126] Сканирующая электронная микроскопия не обнаруживает на гладких интеркристаллитных фасетках вьщелений каких-либо фаз, которые можно было бы считать ответственными за хрупкость. Наблюдения показали, что смещение по С-кривой приводит лишь к изменению доли транс- и интеркристаллитных фасеток без изменения их морфологии. [c.126] Существенно, что отмеченные изменения прочности границ с темпе-, ратурой отжига полностью обратимы если образцы, охрупченные отжигом при температуре носа (600°С), дополнительно нагреть до 825°С и после 5-мин выдержки закалить в воде, фиксируя тем самым новое распределение примесей, сопротивление межзеренному разрушению повышается и становится таким же, как просто после отжига 825°С. Отмеченная вьюокотемпературная обратимость межзеренного охрупчивания, характерная для отпускной хрупкости, естественным образом объясняется уменьшением равновесной концентрации опасной примеси (в данном случае фосфора) на границах зерен при повышении температуры (см, рис. 40). [c.126] Для проверки такого объяснения подробно исследовано 99] влияние углерода на положение С-кривой межзеренного охрупчивания. [c.127] Из рис. 43 видно, что в результате повышения концентрации углерода от 0,003 до 0,008 % межзеренное разрушение после отжига в районе носа С-кривых (550—700°С) практически полностью сменяется транскристаллитным, лри этом пластичность ( й при растяжении в жидком азоте возрастает в 4-5 раз. [c.127] Измерения высоты углеродного пика внутреннего трения, показанные на том же рисунке, свидетельствуют о том, что концентрация углерода в железе, обеспечивающая ликвидацию межзеренной хрупкости, меньше предела растворимости. Это позволяет связывать низкотемпературную обратимость с адсорбцией углерода на границах з ен из твердого раствора. [c.127] Это показывает, что для проявления низкотемпературной обратимости хрупкости необходимо присутствие в твердом растворе атомов углерода. [c.129] Т яа 600 С, и 90 100 % поверхности разрушения занято фасетками транскристаллитного скола (рис. 44). [c.130] Устранение межзеренной хрупкости с ростом концентрации углерода в твердом растворе, С-образный характер термокинетических кривых межзеренного охрупчивания при отжиге и низкотемпературнаЯ обрати-мость хрупкости, обязательным условием для проявления которой является присутствие полезной примеси - углерода, а также обратимость отмеченных эффектов соответствуют прогнозам, вытекающим для системы Ре — Р — С из модели конкуренции . Для сравнения экспериментальных зависимостей сопротивления межзеренному разрушению от температуры адсорбционного отжига и концентрации примесей Р(Т, Сд, Сд) с рассчитанной зависимостью (Г, С) необходимо знать энергию связи атомов фосфора Рд и углерода Рд с границами зерен а-железа. Для углерода по данным [164] при 773—873 К =0,б5эВ. Для фосфора Рд при температурах, близких к температуре максимального развития отпускной хрупкости в сплавах Ре — Р и Ре — Р - С, определена из измерений концентрационной зависимости зернограничного внутреннего трения в твердых растворах с 0,0027-1,2 % (ат.) Р [166, 167]. [c.130] Известно, что с ростом концентрации примеси, адсорбированной на границах зерен металлов, высота зернограничного пика в температурном спе стре релаксационного внутреннего трения в поликристалличес-ких твердых растворах уменьшается, при этом появляется и растет так называемый примесный зернограничйый пик, связанный с релаксацией на обогащенных примесью границах зерен. Первый пик исчезает, а высота второго достигает постоянного значения при концентрации примеси в растворе С отвечающей приближенно адсорбционному насыщению границ зерен примесью [166]. [c.130] Кинетика низкотемпературной обратимости хрупкости рассмотрена в работах [3, 165]. [c.131] Вернуться к основной статье