Границы зерен энергия границы

Наконец, надежно доказано, что границы зерен становятся очень склонными к нарушению сплошности, если на них попадает жидкая фаза, как в случае охрупчивания при контакте с жидким металлом [89, 166]. Этот эффект дол кен быть особенно заметен в таких горячих агрессивных средах, в которых эвтектики с низкой температурой плавления не будут разнородными (например, N 382—N1 и Сг5—Сг [91]). Кроме того, известно, что газы, адсорбированные на границах и способные., например, преимущественно диффундировать вдоль них в глубь сплава при низких температурах (когда образование коррозионных продуктов маловероятно), могут понижать поверхностную энергию и, вероятно, силы сцепления на границе [167, 168]. Этот эффект может усиливать проскальзывание по границам зерен и растрескивание. [c.34]

Б. Большеугловые границы зерен. Большеугловые границы являются сильно искаженными поверхностями раздела соседних объемов с различием в ориентировках 15—18° (рис. 1.32). Энергия границы со- [c.24]

Таким образом, исходя из изложенных представлений, можно предполагать, что "опасными" (с точки зрения влияния ка межзеренное сцепление) являются примеси, которые обладают высокой .Р/кТ> 1) энергией связи с границами зерен (что приводит к значительной их концентрации на границах зерен даже в весьма разбавленных растворах) и одновременно — "слабыми" собственными межатомными связями 5 — А, низкой поверхностной энергией (а а ),-что обеспечивает снижение энергии на обогащенных границах зерен. [c.115]

О-с Экспериментально найденное значение кажущейся энергии активации проскальзывания 0. обычно находится в пределах между значениями энтальпии активации объемной диффузии и энтальпии активации диффузии по границам зерен [346]. Только в единичных случаях [352, 353] были получены значения = дя ( где ДЯ - энтальпия активации диффузии по границам зерен), которые могли бы Свидетельствовать о том, что проскальзывание определяется диффузией по границам зерен. [c.210]

Все же существует еще одна причина, которая, несмотря на умозрительный характер, заслуживает рассмотрения. Любая перегруппировка атомов, происходящая самопроизвольно, должна включать в себя переход из менее стабильного состояния в более стабильное но до достижения окончательного стабильного распределения атомы должны пройти через промежуточное, очень богатое в энергетическом отношении состояние (если бы этого не было, то не требовалось бы никакой энергии активации и перегруппировка атомов происходила бы быстро, даже при низких температурах тот факт, что для этого требуется нагревание, показывает, что промежуточное состояние имеет высокий энергетический уровень). Если до завершения процесса превращения внезапно охладить сплав, то будет получен металл, в котором сохранятся отдельные участки с высоким энергетическим уровнем. Ясно, что при воздействии на такой сплав коррозионно-активной жидкой среды, участки с высоким энергетическим уровнем, расположенные по границам зерен, будут легче переходить в раствор, чем внутренняя часть зерна, так как они уже приобрели свою энергию активации. Поэтому мы должны ожидать, что в этих условиях процесс коррозии будет следовать вдоль границ зерен. [c.615]

Следует еще отметить, чю атомы на разветвленной так называемой внутренней поверхности (т. е. на границах зерен, фрагментов, блоков) обладают повышенной энергией. Это обстоятельство проводит к тому, что многие происходящие процессы, о которых речь будет идти ниже, осуществляются лишь на границах зерен (фрагментов, блоков) или преимущественно и, как правило на них. [c.34]

В первом случае распад начинается при температуре вблизи точки 1 (для сплава /). Кристаллы ip-фазы образуются преимущественно на границах зерен, так как работа образования центра кристаллизации на границе зерна меньше, чем внутри зерна. Критический размер зародыша должен быть относительно большим, так как переохлаждение мало. Дальнейшее охлаждение должно привести к выделению новых кристаллов и к росту выделившихся. Образующиеся кристаллы р-фа-зы не имеют определенной ориентации относительно исходной а-фазы, а внешняя форма их приближается к сфероиду, так как эта форма обладает минимумом свободной энергии. Кристаллы растут постепенно, атомы преодолевают энергетический барьер и на границе раздела а- и р-фаз один за другим встраиваются Б решетку выделяющейся фазы. [c.142]

Механизм охрупчивания в жидких металлах аналогичен механизму КРН только при определенных сочетаниях жидких и напряженных твердых металлов, приводящих к межкристаллитному растрескиванию (табл. 7.2). Например, чтобы избежать катастрофического межкристаллитного растрескивания, ртутные котлы должны быть изготовлены и изготавливаются из - углеродистой стали, а не из титана, его сплавов или латуни. Адсорбированные атомы ртути снижают энергию межатомных связей на границах зерен напряженного титана или латуни, вызывая растрескивание, а в случае железа это не имеет места. [c.142]

Элементы, находящиеся в твердом растворе в виде примесей внедрения, имеют меньшую энергию активации и поэтому диффундируют более активно. Кроме того, интенсивность процесса будет зависеть от толщины прослоек, а следовательно, от размеров зерна. Чем более мелкозернистая структура, тем тоньше пограничные прослойки и, следовательно, больше поверхность диффузии. Одновременно с процессом рассасывания обогащенных примесями границ зерен начинается и их объединение, т. е. процесс слияния зерен в более крупные. [c.462]

Зародыши обычно образуются на границах зерен и субзерен, в скоплениях дислокаций, включениях, порах, что связано с уменьшением затрат на приращение поверхностной энергии. Распад также интенсифицируется после деформации, которая повышает плотность дислокаций. При медленном охлаждении и малой степени переохлаждения образуются близкие к равновесию стабильные фазы с некогерентными границами раздела. Для них характерно гетерогенное зарождение на высокоугловых границах зерен и скоплениях вакансий (кластерах). В результате возможно образование сетки выделяющейся фазы по границам зерен. [c.498]

Выравнивание границ и рост зерен связаны со стремлением системы к более равновесному состоянию с меньшей свободной энергией. В соответствии с этим в литом металле после завершения кристаллизации и в отожженном металле при нагреве происходят изменения в положении границ зерен, приводящие к снижению их поверхностной энергии. Последнее достигается в результате уменьшения суммарной поверхности зерен. Она уменьшается в результате выравнивания волнистых участков на границах и уменьшения числа зерен, т. е. увеличения их размеров (рис. 13.12,а). Этот процесс называется собирательной или вторичной рекристаллизацией. Рекристаллизация реализуется в результате смещения или миграции границ зерен. [c.503]

Второй возможный механизм развития трещины базируется на следующих представлениях. После объединения микротрещины с макротрещиной идет непрерывное динамическое развитие макротрещины по тем же законам, по которым развивалась и микротрещина отсутствие заметного пластического деформирования у верщины быстро развивающейся трещины (недостаточно времени на реализацию релаксационных процессов в вершине) рост трещины по плоскостям спайности с преодолением различных барьеров типа границ зерен, фрагментов, блоков (см. раздел 2.1). При реализации второго механизма энергия, необходимая для старта трещины, будет отличаться от энергии, идущей на ее рост. Энергия зарождения хрупкого разрушения обусловлена пластическим деформированием, необходимым как для зарождения микротрещин, так и для реализации деформационного упрочнения, обеспечивающего рост напряжений до величины S . Для распространения трещины от одного зерна к другому необходима эффективная энергия не только для образования новых поверхностей, но и для компенсации дополнительной работы разрушения, идущей на образование ступенек и вязких перемычек при распространении трещин скола [121, 327]. Образование ступенек на поверхности скола, как известно, связано с различной ориентацией зерен. При переходе трещины скола через границу зерна в новом зерне из-за различий в ориентации происходит разделение трещины на ряд отдельных трещин, которые распространяются параллельно по кристаллографическим плоскостям спайности и прп объединении образуют ступеньки скола. При распространении макротрещины через отдельные неблагоприятно расположенные зерна, для которых плоскости спайности сильно отклонены от направления магистральной трещины, могут наблюдаться вязкие ямочные дорывы (перемычки) [114, 327]. Учитывая, что для старта макротрещины требуется пластическое деформирование, по крайней мере в масштабе, не меньшем, чем диаметр зерна, а для ее развития масштаб пластического деформирования ограничен размером перемычек между микротрещинами, можно заключить энергия G , необходимая для старта трещины, выше, чем энергия ур, требующаяся на ее развитие. Эксперименты для большинства конструкционных металлических материалов подтверждают сделанное заключение [253]. Следовательно, динамическое развитие трещины при хрупком разрушении наиболее вероятно происходит по второму механизму. Кроме того, в пользу второго механизма говорят имеющиеся фрактографические наблюдения (рис. 4.19), которые иллюстрируют переход трещины скола через границу зерна со значительной составляющей кручения и расщепление зерна рядом параллельных друг другу трещин. Если бы развитие трещины [c.240]

Благодаря тому что атомы, находящиеся на границах зерен твердого металла, обладают больщей энергией, чем атомы, находящиеся в теле зерна, происходит некоторое опережение растворимости даже чистых по-ликристаллических металлов вдоль границ зерен, т. е. происходит межкристаллитная коррозия. Если коррозии подвергается сплав, на границах зерен которого распо- [c.258]

Многочисленные опыты показывают, что коэффициент диффузии по границам зерна на несколько порядков (для самодыф-фузии серебра при 500° С — на пять порядков) больше, чем внутри зерна, а энергия активации примерно в два раза меньше. Границы зерен продолжают оказывать ускоряющее влияние на диффузию до весьма высоких температур, практически вплоть до температуры плавления авторадиографически это удается наблюдать для самодиффузии никеля вплоть до температуры 1370° С, которая на 100° С ниже температуры плавления для самодиффузии хрома и и<елеза — до 1200° С и выше, для диффузии вольфрама в м Ьлибдене — до 1800° С и выше. Используя экспериментальные данные о самодиффузии никеля и серебра по границам и внутри зерен, авторы [97] пришли к выводу, что нижний предел температурного интервала, когда можно пренебречь влиянием границ на объемную диффузию, составляет (0,8—0,9) Гпл, а верхний предел, когда объемный поток не искажает результаты измерения граничной диффузии, равен приблизительно (0,5—0,6) Гпл- [c.119]

Межкристаллитная коррозия (МКК) аустенитных хромоникелевых сталей — один из видов структурной коррозии. МКК связана с обеднением аустенита вблизи границ зерен хромом вследствие образования карбидов хрома состава rgg e. В карбиде такого состава содержание хрома составляет 94 %. Содержание хрома в аустените порядка 20 %. При соприкасании кристаллических решеток зерен происходит их нарушение. Только часть атомов на границе зерен может принадлежать обеим соседним решеткам. Основная часть атомов находится в междоузлии соприкасающейся кристаллической решетки. Такие атомы дислоцированы. В первом приближении границу зерен можно рассматривать как скопление дислокаций. Атомы внедрения, например, углерод, образуют около линий дислокаций облако Коттрела. Энергия связи атома внедрения с дислокацией близка к 0,5 эВ. Поэтому концентрация атомов углерода на границе зерен аустенита [c.469]

Первичная рекристаллизация происходит за счет разницы в свободных энергиях деформированных зерен с высокой плотностью дислокаций и бездислокационных зерен. При ее описании можно использовать тот же математический аппарат, что и при описании фазовых превращений зарождения и роста кристаллов. Из уравнения (2.75) следует, что бездислокационные зародыши зерен с размером больше критического. могут спонтанно расти, что приводит к уменьшению полной свободной энергии. Экспериментальные данные подтверждают идею о том, что зародыши формируются не в результате статистических флуктуаций (в объеме), а представляют собой локальные вздутия на большеугловых границах зерен. Отметим, что любая граница с достаточно высокой разориентацией, образовавшаяся в процессе деформирования, может локально выгибаться и вздутия на ней могут расти за счет миграции границ, вызванной деформацией (МГВД) (рис. 2.25) [19]. Большеугловые границы могут быть полосами излома или двойниковыми границами, например, в галените [233], энстатите [112], слюде [ИЗ] или оливине (рис. 2.26). МГВД также происходит на границах [c.89]

Предположим, что при обогащении границ зерен примесями характер силового закона взаимодействия атомов расстояние а = L "угасания" сил сцепления на границах существенно не меняются, а когезивная прочность р меняется под влиянием межкристаллитной внутренней адсорбции только благодаря изменению — удельной поверхностной энергии обогащенных примесями свободных поверхностей, образующихся при интеркристаллитном хрупком разрушении. [c.111]

Ряд моделей, предложенных для объяснения роли примесей в радиационном охрупчивании, основан на предположении о происходящем под действием облучения обогащения примесными атомами внутренних поверхностей раздела границ зерен, межфазных границ типа феррит - карбид, границ раздела комплекснь1й радиационный дефект —матрица [231, 233], При этом механизм воздействия примесной сегрегации на склонность стали к хрупкому разрушению аналогичен охрупчивающей роли обогащения границ зерен примесями при отпускной хрупкости, т.е. связан с ослаблением когезии на границах. Ускоренная облучением сегрегация примесей на внутренних границах раздела снижает поверхностную энергию и поэтому может облегчать зарождение и распространение трещин в приграничных областях, усиливая тем самым радиационное охрупчивание. [c.184]

Большие запасы энергии на поверхности, на границах зерен, на границах мозаичных блоков способствуют преимущественному протеканию там диффузии, однако в случае ди( х )узии элементов с малым атомным диаметром (углерода и азота) это не обнаруживается. [c.256]

Все указанные работы, посвященные изучению влияния металлических расплавов на прочность и деформируемость твердых металлов, проводились на поликристаллических образцах вполне естественно, что наблюдаемые эффекты часто связывались при этом с влиянием межкристаллитных прослоек. Однако наиболее интересный и, вместе с тем, простой объект изучения подобных явлений — это металлические монокристаллы, в том числе монокристаллы весьма чистых металлов. В этом случае оказывается возможным выявить самые общие и характерные закономерности наблюдаемых эффектов, не осложненные влиянием границ зерен, наличием границ между различными твердыми фазами и другими побочными факторами. Именно такие опыты позволяют установить механизм действия металлических расплавов и показать, что резкая потеря прочности и пластичности образцов в присутствии расплавленных металлов обусловлена не межкристаллитной коррозией, а адсорбционными явлениями — понижением свободной поверхностной энергии твердого металла на границе его с расплавом. Вместе с тем к монокристаллам наиболее эффективно приложима на существующем этапе ее развития современная теория пластической деформации и разрушения кристаллических тел — теория дислокаций, позволяющая дать анализ механизма воздействия среды на деформационные и прочностные характеристики тела, главным образом, в терминах полуколичествен-ного описания. В последующих главах излагаются основные результаты исследований, проводившихся в этом направлении в 1955—1961 гг. в Отделе дисперсных систем Института физической химии АН СССР и на кафедре коллоидной химии Московского государственного университета [107—150]. [c.145]

В настоящее время 1шеется ряд прямых и косвенных экспериментальных методов определения, а также теоретических расчетов свободной поверхностной энергии твердого тела на границе с вакуумом (или собственным паром) и на границе зерен в одно-и двухкомнонентных системах [231, 243—252, 278] в интересующем нас случае большинство из них пока неприменимо. Однако результаты этих работ и, в частности, проведенные С. Н. Задумкиным теоретические расчеты свободной энергии на границе металла с собственным расплавом [252], позволяют надеяться, что в ближайшие годы достаточно точное определение величины межфазной энергии на границе металла с расплавом другого металла окажется возможным. [c.247]

Располагая экспериментальными кривыми, полученными методом снятия слоев, мы определили значения коэффициентов диффузии О и энергий активации Q процесса диффузии железа в магнетите, гематите, корунде и рутиле. Так, в указанном интервале температур для процесса диффузии по границам зерен энергия активации Q оказалась равной для рутила при диффузионном отжиге на воздухе при атмосферном давлении 12 650 кал./моль, при проведении опытов в вакууме для магнетита и рутггаа — соответственно 36 200 и 13 800, а для корунда — И ООО кал./моль. [c.28]

Анализируя наши результаты, нельзя, например, утверждать, что коэффициент диффузии железа в корунде при температуре Т будет больше, чем в рутиле, хотя энергия активации диффузии железа в корунде имеет меньшую величину, чем в рутиле, как для диффузионного процесса по границам зерен, так и по их граничным поверхностям. Так, при 1000° коэффициент диффузии железа в объеме зерен корунда при отжиге образцов в вакууме Z)=2.02 10а при тех же условиях при диффузии железа в рутиле Z) = 6.96 10 см /сек., в то время как энергия активации соответственно равна 27 ООО и 55 400 кал./моль. Таким образом, для характеристики процесса диффузии нужно рассматривать величину энергии активации Q с учетом значения предэкспо-ненциального члена D . [c.29]

Экспериментальные исследования подтверждают модель Бюргерса. На рис. 20.12 приведен электронно-микроскопический снимок, на котором показано распределение дислокаций на границе зерен с малым углом разориентировки, Рид и Шоклн [8J вычислили величину энергии границы зерен как функцию угла разориентировки. Полученные ими результаты находятся в прекрасном согласии с экспериментальными данными. Заметим, что область упругого искажения вблизи границы зерен не распространяется очень далеко в глубь кристаллитов и ограничена в основном слоем, толщина которого равна расстоянию между дислокациями D. Каждая дислокация окружена собственным нолем деформации и нолями деформаций дислокаций, расположенных выше и ниже данной дислокации. Поля деформаций соседних дислокаций почти компенсируют друг друга, так как он равны по величине и противоположны по знаку. Поэтому энергия деформации вблизи каждой дислокации обусловлена главным образом ее собственным полем деформаций. В этом приближении, если мы воспользуемся выражением (20.7) для упру- [c.702]

V, Т1, 7г, КЬ, Та), а также нерастворимые в аустените окислы и сульфиды препятствуют росту зерпа. Хром, карбиды которого менее прочны, тормозит рост зерна слабее. Марганец и фосфор повышают склонность к росту зерна. Алюминий оказывает особенно сильное тормозящее действие на рост зерна благодаря образованию суб-микроскопических включений окислов и нитридов, которые располагаются по границам зерен. Однако положительное действие карбидов, нитридов и окислов проявляется только до определенного температурного порога активного растворения включений и сегрегатов, выше которого начинается интеисивный рост зерна. Выше этого температурного порога влияние легирующих элементов на скорость роста определяется главным образом тем, повышают ли они, или снижают энергию активации самодиффузии атомов основы. Однако следует учитывать также влияние и поверхностноактивных элементов (В и др.), которые, концентрируясь по границам зерен, также создают препятствия росту зерна. [c.113]

При первом нагревании вольфрамовой ленты первоначальная рекристаллизация начинается примерно при 1200 °С. Образуются ядра зерен, которые растут до соприкосновения зерен. Затем происходит небольщой дальнейщий рост зерен, пока температура не достигнет примерно 1900 °С. При этой температуре происходит вторичная рекристаллизация, когда некоторые зерна растут за счет других. Вторичная рекристаллизация продолжается до тех пор, пока поверхностная энергия зерен достаточна для преодоления блокирующих процессов, препятствующих передвижению границ зерен. Последующая работа лампы при более низких температурах будет оказывать незначительное влияние на размер зерен. [c.354]

Наиболее легко дифс1)узня протекает по поверхности и границам зерен, где сосредоточещ) дефекты кристаллического строения (вакансии, дислокации и т. д.). Поэтому энергия активации диффузии по границам зерен (блоков) примерно вдвое меньше, чем в объеме, т. е. при объемной диффузии. [c.28]

Избыточные вакансии и межузельные атомы поглощаются дислокациями при гк рераспределении последних прп нагреве. Кроме того, п ()исходит сток вакансий к границам зерен, что определяс умень-ijieuue их концентрации. Далее вакансия и межузельные атомы при встрече взаимодействуют с уменьшением энергии. [c.54]

Превращения при распаде твердого раствора протекают с образованием фаз, имеющих состав, отличный от исходной матричной фазы. Поэтому для гомогеЕиюго возникновения зародыша новой фазы критического размера необходимо наличие флуктуаций энергии и концентрации. Чем больше степень переохлаждения, тем меньше критический размер зародыша и требуемые для его образования флуктуации энергии и концентрации. Чаще зародыши образуются в дефектных местах кристаллической решетки, на границах зерен, в местах сконления дислокаций, на включениях примесей и т. д. (гетерогенное зарождение). Это объясняется уменьшением работы образования критического зародыша (по сравнению с гомогенным зарождением) и его размеров. [c.103]

Зародыши а-фазы образуются на поверхности в местах выхода границ зерен, блоков, скопления дислокаций и других дефектов строении, где более быстро достигается пересыщение 7-фазы диффундирующим элементом, легче возникают флуктуации концентраций и энергии, необходимые для образования зародыша а-фазы критического размера и меньше работа его образования. Поскольку пересыщение имеется только на поверхности, а-фаза образует сплошной слой. Пока суигествует только у-фаза, концентрация диффундирующего элемента плавно уменьшается от поверхности в глубь (рис. 143, б). Образование а-фазы приводит к скачкообразному повышению концентрации на величину, соответствующую ширине двухфазной области о. + у- [c.230]

ПО объему кристаллического зерна путем замены одного атома в кристаллической решетке другим, но этот путь требует очень высоких энергий активаций, соизмеримых с энергией кристаллической решетки. Например, торий диффундирует в вольфраме объемно, требуя энергии активации 502 кДж/моль. Если диффузия идет по границам зерен, где имеется много нарушений кристаллической структуры — вакансий и дислокаций, то энергия активации составляет 393,5 кДж/моль. При поверхностной диффузии тория по вольфраму энергия активации составляет всего 278 кДж/моль (торирование вольфрама). Соответственно резко изменяются коэффициенты диффузии, так как уравнение для коэффициента диффузии аналогично уравнению константы скорости химической реакции в зависимости от температуры [c.299]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...