Твердое диффузия

Разбирая процесс кристаллизации твердого раствора по диаграмме, приведенной на рис. 96, мы видели, что состав твердого раствора и жидкости изменяется непрерывно. Ранее выделившиеся кристаллы более богаты тугоплавким компонентом, чем образовавшиеся позднее при меньшей температуре. Твердая фаза в процессе равновесной кристаллизации должна быть все время однородной, поэтому предполагается, что процесс выравнивания состава твердой фазы (путем диффузии) не будет отставать от процесса кристаллизации. Однако обычно при кристаллизации твердых растворов первые кристаллы имеют более высокую концентрацию тугоплавкого компонента, чем последующие. Вследствие этого ось первого порядка дендрита содержит больше тугоплавкого компонента, чем ось второго порядка, и т. д. Междендритные пространства, кристаллизовавшиеся последними, содержат наибольшее количество легкоплавкого компонента, и поэтому они самые легкоплавкие. Описанное явление носит название дендритной ликвации. Состояние дендритной ликвации является неравновесным, неоднородный раствор имеет более высокий уровень свободной энергии, чем однородный. При длительном нагреве сплава дендритная ликвация может быть в большей или меньшей степени устранена диффузией, которая выравнивает концентрацию во всех кристаллах. [c.138]

Для ХТО необходимо наличие растворимости диффундирующего элемента в металле, т, е. необходимо, чтобы насыщенный компонент В мог образовывать с насыщаемым металлом А систему сплавов с областью растворимости В и А. Сплавы, имеющие диаграмму состояния, изображенную на рис. 174,а и 174,6, имеют область твердого раствора вблизи компонента А, и поэтому возможна ХТО, состоящая в насыщении металла А компонентом В. Для сплавов, имеющих диаграмму состояния, изображенную на рис. 174,в, диффузия В в А возможна, но лишь выше /овт, когда в данной системе существует ком- [c.229]

Если процессы диссоциации, абсорбции и диффузии протекают достаточно активно и. времени достаточно, то на поверхности может образоваться слой твердого раствора В (А) переменной концентрации (рис. 257,6), под ним будет находиться [c.319]

В твердых растворах внедрения процесс диффузии облегчается тем, что не требуется вывода атома (иона) растворителя в иррегулярное положение, и поэтому энергия активации меньше, чем при образовании твердых растворов замещения. 1-[апример, при диффузии углерода в 7-железе Q 30 ккал/г-атом. В случае диффузии металлов в 7-железе (растворы замещения) Q 60 ккал/г-атом. Коэффициенты диффузии в этих двух случаях различаются в тысячи и десятки тысяч раз. Так, для стали с 0,2% С при 1100°С коэффициент D = 6-10 для диффузии углерода и D = 6-10- для диффузии молибдена. [c.322]

Атомы наносимого элемента после хемосорбции или химической реакции растворяются и диффундируют в глубь основного металла. Различают два вида диффузии атомную, при которой не образуются новые фазы, а максимальная концентрация внедряемого элемента ограничена его предельной растворимостью в твердом растворе при данной температуре и плавно понижается по мере удаления от поверхности в глубь металла (рис. 78, а), например Сг в Fe, и реактивную, при которой в поверхностном слое возникает одна или несколько новых фаз, отличных от твердого раствора, через которые и идет диффузия, а распределение концентрации внедряемого элемента характеризуется наличием скачков концентраций на границах фаз (рис. 78, б), например А1 или Si в Fe. [c.119]

При допущении, что поверхностная концентрация внедряемого элемента не превышает предела его растворимости в пограничном твердом растворе (т. е. образование новой фазы не имеет места), относительная концентрация диффундирующего элемента при атомной его диффузии в основном металле может быть описана [c.119]

Растворение твердого металла в жидком состоит из двух последовательных стадий гетерогенной и гомогенной диффузии. Скорость процесса растворения определяется или одной, более заторможенной из этих стадий (первой—при растворении Рев Na, РЬ в сплавах РЬ—Sn, рис. 103, а) второй — при растворении Си в РЬ и Bi, Ni и РЬ, Fe в Hg рис. 103, б) или обеими (при растворении Ni и Си в РЬ, РЬ в Sn) и в изотермических условиях плавно изменяется от начального максимального значения до нуля при достаточно большой длительности растворения. Повышение температуры и движение жидкого металла увеличивают скорость растворения. Растворение сплавов может быть селективным (избирательным). [c.143]

Образование твердых растворов и соединений между твердым и жидким металлом происходит в результате протекания диффузионных процессов в твердой фазе — атомной и реактивной диффузии — и является весьма нежелательным явлением, так как образующийся слой твердого раствора или интерметаллического соединения обычно бывает хрупким, что снижает пластичность всего изделия. Возможны также частные случаи химического взаимодействия жидкометаллической среды с компонентами твердого металла взаимодействие щелочных металлов с растворенным в твердых металлах кислородом, лития — с углеродом, серой и [c.144]

Согласно теории Нернста, к поверхности твердого тела прилегает тонкий слой неподвижной жидкости толщиной 6, в котором происходит диффузия растворяющегося вещества. За пределами этого слоя движение жидкости, увлекающей растворенное вещество, приводит к поддержанию постоянства концентрации во всем остальном объеме раствора. Толщина б получила название толщины диффузионного слоя Нернста. Она зависит только от скорости перемещения диффундирующего вещества [c.205]

В обычных условиях перемешивания б = 10 — 10 см, что соответствует десяткам тысяч молекулярных слоев. Такой слой не может удерживаться молекулярными силами. Кроме того, прямые опыты показали, что на расстояниях порядка 10 см от твердой стенки наблюдается движение жидкости, а следовательно, ли нейный закон распределения концентрации теряет свое обоснование. Теория Нернста не позволяет оценить значение потока т теоретически, так как толщина б в ней не вычисляется, поэтому теория является только качественной, а не количественной. Уравнение (404) позволяет найти значение б, исходя из известных величин т, концентраций с и Со и известного коэффициента диффузии Х д, а затем производить количественные расчеты. [c.205]

Таким образом, в граничном слое Прандтля при наличии в нем градиента концентрации массоперенос осуществляется двумя разными параллельно протекающими путями. Суммарная скорость процесса массопереноса определяется скоростью протекания каждого элементарного процесса переноса. Если, однако,торможение одного из этих параллельных процессов значительно меньше торможения другого, то суммарная скорость массопереноса определяется в основном скоростью этого наименее заторможенного, т. е. быстрого, процесса переноса. Скорость конвективного массопереноса в граничном слое Прандтля снижается по мере уменьшения скорости движения v в нем жидкости (см. рис. 143) и его роль в определении суммарной скорости массопереноса тоже уменьшается, а роль молекулярной диффузии возрастает. Начиная с какого-то расстояния от твердой поверхности б молекулярный перенос вещества становится преобладающим по сравнению с конвективным переносом, который преобладает в части слоя Прандтля (77 — б). [c.209]

Тамман установил, что коррозионная стойкость полностью гомогенных твердых растворов в отсутствие заметной диффузии при легировании менее устойчивого металла более устойчивым изменяется не непрерывно, а скачками (рис. 225). Резкое изменение коррозионной стойкости происходит, когда концентрация легирующего элемента достигает /g атомной доли, или величины, кратной этому числу, т. е. /g, Vg, % и т. д. атомной доли — правило п18 Таммана. [c.327]

Если перейти от равновесных процессов плавления и затвердевания к почти равновесным условиям, как это наблюдается на практике, то окажется, что идеальные кривые на рис. 4.23, б и в слегка изменят свою форму. Очень малая скорость диффузии В в твердом А—В приводит к градиенту состава в направлении границы раздела фаз. Растворы, для которых Ао<1, концентрируются в последней порции замерзающей жидкости, в то время как растворы с йо>1 более концентрированы в части. [c.172]

Чтобы удалить большинство растворенных в вольфраме газов, необходимо нагреть его в вакууме до температуры около 2200 °С и откачивать в течение примерно двух часов (здесь и в -последующем при обсуждении изменений в вольфраме приводится истинная температура, а не спектральная яркостная температура). После такой обработки основная часть оставшегося в стеклянной оболочке лампы газа будет появляться из молибденовых или никелевых вводов, которые остаются при более низкой температуре, или из стекла. Нагретый вольфрам выделяет следующие газы (в порядке их концентрации) азот, окись углерода и водород. Присутствие их в твердом растворе всегда увеличивает электрическое сопротивление металла. Если после отпайки лампы имеет место чрезмерная дегазация вольфрама, обычно наблюдается гистерезис соотношения со-противление/температура. Этот гистерезис происходит следующим образом. При высоких температурах газ выделяется из глубины металла диффузией к поверхности и испарением. При охлаждении тот же газ, если он не был удален откачкой или абсорбирован в другом месте, конденсируется на поверхности вольфрама и начинает диффундировать обратно в металл, увеличивая тем самым его сопротивление. Скорость, с которой происходят все эти процессы, является экспоненциальной функцией температуры. Для ламп, используемых в области до 1800 °С, дрейф сопротивления при охлаждении, скажем до 1200 °С, может происходить в пределах нескольких дней как результат недостаточной дегазации в начальной стадии или последующей течи. [c.353]

При насыщении углеродом или азотом, составляющими с железом твердые растворы внедрения, диффузия протекает быстрее, чем при насыщении металлами, образующими твердые растворы заме щения. [c.227]

Различают дендритную (неоднородность по объему кристалла-дендрита) и зональную (неоднородность по сечению отливки) ликвации. Дендритная ликвация обусловлена тем, что в период затвердевания выделяющиеся кристаллы твердого раствора имеют различный химический состав. Выравнивание состава происходит в результате диффузии. При медленном охлаждении процесс диффузии успевает [c.40]

На первом этапе отпуска из мартенсита выделяются высокодисперсные частицы карбида. Центры кристаллизации растут до момента обеднения С и прекращения притока атомов соседнего элемента вследствие малой скорости диффузии из твердого раствора. Вокруг них образуются области твердого раствора с меньшей концентрацией С, находящегося в неустойчивом (коллоидном) равновесии с этими частицами. Поскольку, кроме исходного, возникает новый твердый раствор с меньшей концентрацией С, то распад мартенсита на этом этапе является двухфазным (гетерогенным). Длительность процесса обусловливается числом образующихся центров кристаллизации карбидной фазы, а скорость распада — скоростью зарождения карбидных частиц. [c.107]

Первичная кристаллизация металла сварочной ванны имеет прерывистый характер, вызванный выделением перед фронтом кристаллизации скрытой теплоты кристаллизации. Это приводит к характерному слоистому строенидо шва и появлению ликвации в виде слоистой неоднородности, которая в наибольшей степени проявляется вблизи границы сплавления. Слоистая ликвация такгко зависит от характера и скоуюсти кристаллизации металла сварочной ванны. Слоистая и дендритная ликвации уменьшаются при улучнтении условий диффузии ликвирующих элементов в твердом мета гле. [c.209]

Если сталь, в которой не произошло выпадения карбидов и углерод зафиксирован в твердом растворе, медленно нагревать, подвнжг[ость атомов увеличивается. В соответствии с этим увеличивается и способность их к диффузии и восстановлению равновесия в твердом растворе, в котором аустенит зафиксирован в пересыщенном и неустойчивом состоянии, что приводит к образованию и выделению карбидов из пересыщенного твердого раствора. Этот процесс начинается при температуре 400 — 500° С, но вследствие малой скорости диффузии идет медленно с образованием карбидов преимущественно по границам зерен. [c.283]

Урановое или уран-плутониевое карбидное топливо по сравнению с окисным имеет существенно более высокую теплопроводность, более высокую плотность ядер деления и низкую замедляющую способность, однако химическая совместимость его с наиболее распространенными материалами оболочек, в частности, нержавеющими сталями и цирконием, гораздо хуже. Так, при температуре 1100° С сталь 0Х18Н9Т науглероживается, зона взаимодействия 100 мкм появляется всего через 6 суток, а с цирконием и карбидом циркония карбид урана образует непрерывный твердый раствор. Карбид урана взаимодействует при 1500 С с ванадием и образует жидкую фазу. Карбид урана хорошо совместим вплоть, до температур 1500—1600° С с карбидами тяжелых металлов (ниобия, молибдена, вольфрама, тантала), а также с пиролитическим углеродом и карбидом кремния. Карбидное топливо сравнительно хорошо удерживает продукты деления. Так, скорость утечки газообразных продуктов деления составляет менее 0,1% (скорость диффузии при температуре 1500°С). [c.10]

Неравновесная кристаллизация из жидкого раствора обычно происходит без большого переохлаждения и определяющей чертой нарушения условий равновесия является запаздывание диффузии в твердой фазе в жидкой же фазе диффузионные процессы успевают пройти полностью. Для вторичной неравновесной кристаллизации характерны значительные переохлаж- [c.140]

При диффузионной сварке соединение образуется в ре зультате взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контак тирующих материалов, находящихся в твердом состоянии. Температура нагрева при сварке несколько выше или ниже температурь рекристаллизации более легкоплавкового материала. Диффузионную сварку в большинстве случаев выполняют в вакууме, однако она возможна в атмосфере инертных защитных газов. Свариваемые за готовки 3 (рис. 5.45) устанавливают внутри охлаждаемой металлической камеры 2, в которой создается вакуум 133(l(H-f-10" ) Па, и нагревают с помощью вольфрамового или молибденового нагревателя или индуктора ТВЧ 4 (5 — к вакуум1юму насосу 6 — к высокочастотному генератору).Может быть исиользоваитакже и электронный луч, позволяющий нагревать заготовки с eui,e более высокими скоростями, чем при использовании ТЕ Ч. Электронный луч применяют для нагрева тугоплавких металлов и сплавов. После тогй как достигнута требуемая температура, к заготовкам прикладывают с помощью механического /, гидравлического или пневматического устройства небольшое сжимающее давление (1—20 МПа) в течение 5—20 мин. Такая длительная выдержка увеличивает площадь контакта между предварительно очищенными свариваемыми поверхностями заготовок. Время нагрева определяется родом свариваемого металла, размерами и конфигурациями заготовок. [c.226]

При диффуз ионной пайке соединение образуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паяемых материалов, причем возможно образование в шве твердого раствора или тугоплавких хрупких иитерметаллидов. Для диффузионной пайки необходима продолжительная выдержка при температуре образования паяного [c.238]

Диффузия металла (по данным Вагнера, катионов Me +) н кислорода (по Вагнеру, анионов 0 ) в слое твердого защитного окисла Mejdmnn может осуществляться по одному из двух возможных механизмов (рис. 35) 1) движение ионов в междо-узельном пространстве кристаллической решетки 2) движение ионов по пустым узлам решетки. [c.60]

Хотя характер термообработки, который вызывает склонность к межкристаллитной коррозии высокохромистых и хромоникелевых сталей типа Х18Н9, различен, что обусловлено различием скоростей процессов диффузии в твердых а- и у-растворах (скорость диффузии в а-фазе больше), процессы, приводящие к появлению этой склонности у сталей обоих типов, почти идентичны. [c.424]

При легировании коррозионно-неустойчивого металла атомами металла устойчивого, в данной агрессивной среде, при условии, что оба компонента дают твердый раствор, и при отсутствии в сплаве заметной диффузии, полученный сплав приобретает химическую стойкость только при определенных соотношениях компонентов в сплаве. Эти определенные соотношения для таких двухкомпонентных твердых растворов вытекают нз так называемого правила границ устойчивости твердых расттюров, сформулированного Тамманом и выражающего зави-си.мость между концентрацией твердого раствора и его корро-эиотюи устойчивостью (так называемое правило п/8). [c.125]

Существует ряд теорий, объясняющих появление в этих сталях склонности к межкристаллитной коррозии. Наиболее общепринятой и достаточно хорошо обоснованной теорией, объясняющей механизм межкристаллитной коррозии, является теория обеднения твердого раствора по границам зерен хромом из-за тлдслеиия в этой зоне карбидов хрома. Хром — элемент, более склонный к карбидообразованию, чем железо, а никель не обладает способностью образовывать карбиды. Однако сам факт выделения карбидов хрома по границам зерен не мог бы вызвать обедненне сплава хромом, если бы скорости диффузии углерода н хрома б лли одинаковы. Причиной обеднения границ зерен хромом является высокая скорость диффузии углерода и низкая скорость диффузии хрома, вследствие чего в образовании карбидов участвует почти весь углерод сплава, а хром — только пограничной зоны, где и идет образование карбидов. [c.163]

При Ш .1 Сокотемпературном окислении железных силавов, являющихся твердыми растворами железа с легирующими элементами, окисляющимися легче, чем само железо, можно наблюдать обогащение окалины этими. элементами, если окисление не происходит очень быстро. Возможность обогащения окалины в процессе ее образования тем или иным легирующим элементом определяется соотношением между скоростями окисления и диффузии. За исключением марганца, все. пегирующие элементы концентрируются в слое, прилегающем к металлу, что можно объяснить том, что легирующие элементы менее растворим ) , чем железо, в окислах железа. [c.234]

На рис. 4.23, а показана небольщая часть фазовой диаграммы бинарного сплава А—В, обогащенного компонентом А. Основы фазовых диаграмм рассмотрены в работе [33]. Вместо плавления и затвердевания при единственной температуре Та сплав, содержащий примесь б в Л и имеющий концентрацию В, в идеальном случае плавится в интервале температур от Ту до 7з. Диаграмма на рис. 4.23, а составлена для растворенного вещества В, которое понижает точку плавления вещества А. Заметим, что обе температуры Ту н Тз лежат ниже точки плавления чистого металла А. При охлаждении сплава состава Ву из области жидкости и при условии, что переохлаждение отсутствует, зарождение твердой фазы начинается при температуре Гь Твердая фаза, появившаяся при этой температуре, имеет состав б] и оставляет жидкость состава Ьу. При дальнейшем охлаждении осаждается большее количество твердой фазы, имеющей состав, который изменяется вдоль линии солидуса. Состав оставшейся жидкости изменяется по линии ликвидуса. При температуре Т твердая фаза имеет состав бз, жидкая — Ьз, а при температуре Тз твердая фаза состава бз находится в равновесии с жидкостью состава бз. До сих пор считалось, что скорость охлаждения бесконечно мала, так что всегда поддерживается равновесный состав. Другими словами, твердая фаза состава б], появившаяся первой, успела диффузионно перейти в состав бз, пока температура падала до Тз. Поскольку диффузия в твердом состоянии всегда медленна, а скорость охлаждения не может быть бесконечно мала, концентрационное равновесие никогда не достигается, в результате чего при температуре ниже Тз состав твердой фазы оказывается между 61 и 63, а жидкость с избытком В не затвердеет окончательно, пока температура не достигнет Т . [c.170]

Для уп1)0н1.сн 1я прн як1, что однородность, соответствующая равновесию, по и1С )/кивается только в жидкой фазе, но не в твердой, где скорость диффузии значнгельпо меньше. [c.93]

Сравнительно большая скорость диффузии при естественном старении объясняется пересыщением твердого раствора вакансиями. Равновесная концентрация вакансий при температуре закалки на много порядков выше, чем при комнатной температуре. В процессе закалки вакансии не успевают уйти в стоки (границы зерен, дислок п1нп и др,) и облегчают миграцию легирующих элемемтов, [c.324]

Упорядочение может быть полным и неполным, когда все или часть атомов соответственно занимают определенное место в решетке. Упорядочение связано с диффузией, причем медленное охлаждение способствует этому процессу. От упорядочения зависит изменение параметра кристаллической решетки, хотя ее тип и строение остаются неизменными. Иногда возможно незначительное искажение. Так в упорядоченном растворе СпАп параметр с/й=0,935 и тип решетки Т12 а в неупорядоченном твердом растворе — с/й=1,0 и решетка К12. [c.34]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...