ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние дефектов структуры из "Строение и свойства металлических сплавов " В процессах старения существенную роль играют дефекты структуры и в первую очередь вакансии, избыточная концентрация которых н определяет возможность реализации начальной стадии старения при низких температурах (образование зон) [200]. [c.230] Измерение физических свойств (электросопротивления, объемных и тепловых эффектов) показывает, что зоны (кластеры) при комнатной и даже более низких температурах образуются вскоре же после закалки. Замечено образование кластеров в закаленном сплаве А1 + 1,9% Си при —45° С. Это означает, что атомы меди (даже, если им надо перемещаться всего на несколько межатомных расстояний) должны диффундировать на 10 порядков быстрее, чем это следует из значений коэффициентов диффузии, измеренных при высокой температуре и экстраполированных к низким температурам (10 и 10 см [сек соответственно). [c.230] Наблюдаемый эффект объясняется влиянием дефектов структуры образованием избыточной концентрации вакансий после закалки (Зинер, Зейтц) или диффузией растворенных атомов вдоль подвижных дислокаций (Тэрнбалл). Более убедительной представляется роль избыточных вакансий. Так, увеличение скорости охлаждения при закалке приводит к ускорению, а ступенчатая закалка (остановка охлаждения при 200° С на несколько секунд) к замедлению (в 10—100 раз) старения. [c.230] Скорость образования кластеров на следующей стадии соответствует коэффициенту диффузии 10 см /сек, что еще на 8 порядков больше нормальной его величины. [c.230] Справедливость представлений о роли вакансий при старении подтверждается также анализом значений энергии активации процесса. Если учесть равновесную концентрацию вакансий, отвечающую не температуре старения Тс, а температуре закалки Гз, то получатся разумные величины, позволяющие объяснить наблюдаемую скорость старения. Характерно, что значения энергии активации старения в некоторых сплавах (например, А1 — Ag) и энергии активации отжига закалочных вакансий в алюминии совпадают 0,8 10- дж ( 0,5 эв). [c.231] Электронномикроскопические исследования закаленных Л1 — Си сплавов показали образование дислокационных петель (в результате того, что избыточные вакансии собираются в диски и захлопываются) или геликоидов (в результате осаждения вакансий на винтовых дислокациях) (рис. 103, Томас и Уэлан). [c.231] Образование комплексов вакансия — растворенный атом создает условия для быстрой миграции и образования кластеров. Этот процесс исследовался различными методами в сплавах алюминия, содержащих от 1 до 65% Zn, сплавах Си — Be и др. [c.231] ИЛИ на границах зерен и среднее время их жизни становится сравнимо или даже больше, чем время образования кластеров. Следует подчеркнуть большую роль, которую играют примесные атомы, если энергия их связи с вакансиями не равна нулю. Во-первых, они блокируют дислокации и мешают им работать в качестве стоков вакансий даже при больших пересыщениях последними. Во-вторых, они изменяют энергию миграции вакансий (на величину, приблизительно равную энергии связи), замедляя тем самым их подвижность и увеличивая время жизни (по данным [21], среднее время жизни вакансий в сплаве А1 + 1,3% (ат.) Си примерно в 100 раз выше, чем в чистом алюминии в аналогичных условиях). Благодаря этому концентрация таких примесных вакансий может быть намного больше, чем свободных. [c.232] Таким образом, начальная стадия старения (естественное старение) контролируется вакансиями — избыточной концентрацией их после закалки, скоростью аннигиляции, взаимодействием с растворенными атомами и дефектами. Если бы были известны эти параметры, можно было бы предсказать кинетику старения. [c.232] При образовании зародыша первый член входит с минусом, а остальные два — с плюсом. [c.233] Выделение на краевых дислокациях выгодней, чем на винтовых. С увеличением вектора Бюргерса и степени пересыщения (Л объемн. по абсолютной величине возрастает) вероятность гетерогенного зарождения увеличивается. Для оценки роли дислокаций можно указать на следующее из расчета по указанному, уравнению следует, что скорость выделения на дислокациях в 10 раз больше скорости гомогенного выделения. Экспериментальная проверка показывает, что влияние линейных дефектов более- сложно. Например, при сильном пересыщении сплава растет скорость не только гетерогенного, но и гомогенного выделения и размеры частиц в обоих случаях оказываются одинаковыми. Максимальное влияние дислокаций имеет место при средних степенях пересыщения [185]. [c.233] В случае когерентных выделений дислокации оказывают слабое влияние. По этой причине можно наблюдать в структуре сплава после старения зоны Г—П в матрице и выделения про-межуто чных фаз на дислокациях. [c.233] Дислокации способствуют выделению при частичной когерентности, если вектор Бюргерса дислокации параллелен вектору несоответствия. В этом случае дислокация может частично скомпенсировать несоответствие решетки (например, выделения 9 в А1 — Си). [c.233] Следует также отметить возможность возникновения дислокаций (дислокационных петель) при закалке сплава, в котором присутствуют нерастворенные частицы окислов, карбидов или интерметаллидов, коэффициент линейного расширения которых обычно меньше, чем у матрицы. На таких дислокационных петлях могут зарождаться выделения, например Mgi7Al2 в сплаве Л1—Mg или Nb в аустенитной хромоникелевой стали, содержащей ниобий или ниобий и вольфрам [199]. [c.234] Влияние дислокаций на образование зон Г—П не обнаружено, хотя оно возможно из-за наличия полей напряжений дислокаций. Выделение промежуточной фазы 6 на дислокациях в плоскостях 100 при старении (125° С, 10 мин) показано при злектронномикроскопическом исследовании па просвет (Мак Лин). [c.234] Роль дислокаций при старении железа детально изучена Скаковым [186—188]. Автор полагает, что место предпочтительного выделения фазы (е-карбид или цементит в Fe — С или а и Y в Fe — N) определяется концентрационными и структурными факторами. Поскольку фазы выделения имеют то же координационное число, что и матрица, поверхностная энергия границ раздела такая же, как на границе различных модификаций при полиморфном превращении чистого металла, и при малых размерах частиц ею можно пренебречь. [c.234] Обращено внимание на то, что дислокационные линии в закаленном железе имеют сложную форму и выделения в области температур метастабильного равновесия зарождаются вначале на благоприятно расположенном участке дислокационной линии, параллельном плоскости 100 , а затем вдоль остальных участков, так что вся линия подтягивается к этой плоскости. Если из-за низкой температуры старения при особой конфигурации дислокационной линии такое перемещение дислокационной линии невозможно, наблюдается образование рядов частиц или сегментов. [c.234] В сложных кобальтовых сплавах с 3-структурой (40% Со 20% Сг 15% Ni -13% Fe 2-6% Мп -0,5% Si -0,1 /о С, сплав К40НХМ), как показывают электронномикроскопические исследования на просвет, по-видимому, при старении имеет место взаимодействие с дислокациями комплексов из примесных атомов замещения и внедрения [186—188]. [c.235] Исследование деформационного старения железа также приводит к выводу о том, что сегрегация примесей возле дислокаций может быть выгодной альтернативой выделению фаз. Последнее более вероятно при достаточной термической активации [203]. [c.235] Существенную роль при старении играют дефекты упаковки. В работе [204] показано, что если состав раствора в матрице приближается к предельному для г. ц. к. структуры, то в дефектном участке он может приблизиться к предельному для г. п. у. Если концентрация примесей больше предельной должен начаться распад. Сегрегация примесных атомов на дефектных участках может привести к образованию структуры, подобной структуре дефекта. Например, в сплаве РЬ — Ag равновесное выделение имеет решетку г. ц. к., однако при старении деформированного сплава рентгенографически обнаружено выделение с аномальной г. п. у. структурой. Таким образом, на дефекте упаковки возможно образование фазы со структурой, которая непосредственно в матрице зарождаться не может. [c.235] Вернуться к основной статье