Энергия границ зерен

Таким образом, управляющий механизм формирования зернистой структуры из кластеров - стремление уменьшить свободную поверхностную энергию. Вместе с тем данные трансмиссионной электронной микроскопии показывают частичное сохранение индивидуальности кластеров, фрагментов, блоков и др. в структуре зерна. Причиной этого является сохранение остаточной пористости на границах структурных элементов каждого масштабного уровня. Именно пористость и является носителем энергии границ зерен и структурных элементов других масштабных уровней, о чем более подробно будет говориться ниже. [c.92]

При формировании зернистой структуры происходит также перераспределение компонентов системы исходного расплава, заключающееся в концентрировании примесей, легирующих элементов и углерода на границах зерен. При этом данные компоненты заполняют некоторый объем пор на границах зерен, что является термодинамически выгодным фактором, т.к. приводит к снижению энергии границ зерен и, следовательно, снижается значение свободной энергии в целом по системе твердого сплава. [c.92]

Если зерна имеют неодинаковые размеры, то разной будет и энергия границ зерен, приходящаяся на единицу объема. Эта разность значений удельной зернограничной энергии А гр.уд и представляет собой движущую силу процесса роста зерен. [c.327]

Представления о неравновесных границах были введены в научную литературу в 70-80-х годах [110, 111], базируясь на исследованиях взаимодействия решеточных дислокаций и границ зерен. Следуя [111, 172], образование неравновесного состояния границ зерен характеризуется двумя основными особенностями — избыточной энергией границ зерен (при заданных кристаллографических параметрах границ) и наличием дальнодействующих упругих напряжений. Полагая, что границы зерен имеют кристаллографически упорядоченное строение, в качестве источников [c.61]

Рассмотрим сначала результаты анализа неравновесных границ зерен, в которых предполагается существование хаотических ансамблей внесенных зернограничных дислокаций [208]. Данный подход позволил исследовать поля внутренних упругих напряжений в наноструктурных материалах и сравнить результаты теоретических расчетов с экспериментальными данными. Показана возможность оценить избыточную энергию границ зерен, связанную с появлением полей упругих напряжений. Кроме того, основываясь на нелинейной теории упругости, удалось сделать простую оценку дилатации кристаллической решетки, вызванную внесенными зернограничными дислокациями. [c.101]

Рассмотренный подход позволяет сделать некоторые численные оценки вклада дислокаций и дисклинаций, а также дефектов в целом в величины среднеквадратичной упругой деформации, избыточной энергии границ зерен и увеличения объема в наноструктурных материалах, полученных методом ИПД. Данное положение справедливо в случае полностью произвольного распределения дислокаций в образце. Тем не менее проведенный А. А. Назаровым анализ [150] показывает, что интенсивная деформация приводит обычно к распределению дефектов, имеющему корреляционное расстояние, равное размеру зерен d, и для массивов произвольных зернограничных дислокаций можно использо- [c.106]

Очевидно, избыточная энергия и увеличение объема наноструктурных материалов могут быть связаны с другими дефектами, не производящими дальнодействующих напряжений. Это прежде всего неравновесные вакансии, поры, микротрещины и свободные объемы, связанные с границами зерен. Например, концентрация неравновесных вакансий порядка 3 х 10 наблюдалась в Си на стадии V деформационного упрочнения [217]. Тем не менее скорость релаксации неравновесных вакансий очень высока и наиболее вероятно, что вклад вакансий во время дилатометрических исследований не удается зафиксировать [143]. К сожалению, в литературе отсутствуют данные о влиянии пор и микротрещин, однако можно предположить, что их роль незначительна в материалах, деформированных под высоким давлением. Следовательно, есть все основания полагать, что избыточная энергия границ зерен и изменение объема в наноструктурных материалах, полученных методами ИПД, в основном обусловлена наличием высоких внутренних напряжений неупорядоченных ансамблей дислокаций и дисклинаций. [c.112]

При повышении температуры или увеличении времени выдержки при данной температуре граница начинает мигрировать. Экспериментально установлено, что эта миграция направлена к центру кривизны границы. Рост одних рекристаллизованных зерен за счет соседних путем миграции границ называют собирательной рекристаллизацией. Движущими силами ее является свободная энергия границ зерен, а обязательным условием - неуравновешенность поверхностного натяжения, стремящегося выпрямить искривленные границы и создать равновесную конфигурацию границ в местах тройных стыков. [c.124]

Зависимость (II.9) впервые экспериментально была подтверждена для кремнистого железа (Дан и др.), а затем для свинца, олова и других металлов. Удовлетворительное совпадение дало также сопоставление результатов для различных металлов при использовании-безразмерной зависимости приведенной энергии границы зерен от приведенного угла, согласно фор- [c.74]

Энергия границ зерен — от 500 до 1000 эрг-см-2 двойников — от 50 до-100 эрг-см 2 малоугловых границ субзерен— от близкой к О до 100 эрг-см-2. [c.63]

Представления о неравновесных границах были введены в научную литературу в 1980-х годах [4], базируясь на исследованиях взаимодействия решеточных дислокации и границ зерен. Образование неравновесного состояния границ зерен характеризуется двумя основными особенностями — избыточной энергией границ зерен (при [c.21]

Вопрос о природе роста зерен исследован неоднократно. Как свидетельствует теоретический анализ [62], рост зерен при СПД не может происходить за счет коалесценции зерен, а осуществляется путем миграции границ, причем наблюдается увеличение их подвижности в процессе деформации. Развитие этих представлений в работах [59, 63] позволяет полагать, что рост зерен в СП материалах связан с повышением подвижности границ зерен вследствие ускорения зернограничной диффузии при образовании неравновесной структуры границ во время деформации (см. также 2.2.3), а движущей силой этого процесса, как и при нормальном росте зерен, является уменьшение поверхностной энергии границ зерен. Исходя из этих положений, удается объяснить основные закономерности кинетики роста зерен, наблюдаемые экспериментально. В пользу этих пред- [c.27]

В седьмой главе рассматриваются основные характеристики микроструктур одно- и многофазных сплавов строение и энергия границ зерен, размер зерен и их форма кратко обсуждаемся влияние размера, формы и ориентировки зерен на свойства. [c.7]

Энергия границ зерен [c.80]

Для получения информации о склонности различных элементов к сегрегации на границах зерен в железе используют также метод измерения свободной энергии границ зерен в зависимости от состава сплава [266]. При таком подходе мерой склонности элемента к зернограничной сегрегации является угол наклона кривых зависимости свободной энергии границ зерен от концентрации данного элемента в объеме в соответствии с изотермой адсорбции Гиббса для границ зерен [134]. До разработки прямых аналитических методов исследования химического состава поверхностей этот метод являлся наиболее эффективным при оценке сегрегационной способности различных элементов. [c.26]

Из этого следует, что положительная адсорбция > 0) происходит в таких сплавах, где растворенный элемент понижает поверхностную энергию границ зерен, т.е. da/d j ) < 0. Такие элементы называют поверхностно-активными, а производная [да/дС. ) >. может служить мерой поверхностной активности в разбавленных растворах. Она зависит от свойств границы зерна, типа растворенного элемента и характера взаимодействия. На разных поверхностях раздела с разной микроскопической структурой значения [da/d j ) с- могут сильно различаться и даже иметь разный знак. Поэтому в о щём случае нет оснований считать, что примесь, являющаяся поверхностно-активной, например, на свободной поверхности, будет поверхностно-активной также по отношению к границам зерен и наоборот, [c.77]

В случае зернограничной сегрегации адсорбция на границах зерен выражена в уравнении Гиббса через производную до /дС., значение которой можно измерить путем определения поверхностной энергии границ зерен при изменении состава сплава [c.77]

Термодинамический стимул равновесной зернограничной сегрегации - уменьшение энергии границ зерен При качественном анализе [c.84]

Энергия границ зерен а С, Т) в твердом растворе с концентрацией примеси С, отожженном до установления равновесия при температуре Г, равна [c.113]

Рис. 37. Номограмма для расчета изменений поверхностной энергии зарождения хрупких межзеренных микротрещин б) и энергии границ зерен <а) в ре зультате равновесной межкристаллитной адсорбции при температуре Т из твердых растворов с концентрацией примеси С = 10 , Р — энергия связи примеси с границей з на Од и — удельная поверхностная энергия и энергия границ зерен металла-растворителя ав — поверхностная энергия примеси в элементарном состоянии Г адсорбционная емкость границ зерен 10 см" ). Разным примесям в одном металле-растворителе отвечают разные значения относительной энергии связи Р/кТ и

Рис. 39. Изменение поверхнос-той энергии зарождения хрупких межзеренных микротрещин а , энергии границ зерен и поверхностной плотности энергии межзеренного сцепления И/ = 0 для а-железа (с концентрацией различных примесей С = 10 ), отожженного до равновесия при разных температурах

Кристаллы с границами между зернами обладают по сравнению с монокристаллом более высоким уровнем энергии. Эта избыточная энергия связана с удельной энергией границ зерен г, которая определяется как дополнительная по отношению к монокристаллу энергия, отнесенная к единице поверхности границы зерна. Ни- [c.230]

Металлы, имеющие о. ц, к. решетку, группы VIA (вольфрам, молибден и хром) более подвержены хрупкому разрушению, чем металлы группы VA, и имеют более высокие температуры перехода, например для вольфрама 200—400° С. Однако еслп указанные металлы имеют меньшую степень чистоты, то происходит хрупкое разрушение по границам зерен (межзеренное разрушение). По мере увеличения степени чистоты, достигаемой зонной очисткой, вид разрушения изменяется. При этом разрушение становится внутризеренным и происходит для вольфрама и молибдена по плоскостям 001 и определяется в первую очередь величиной поверхностной энергии, которая согласно модифицированному выражению Гриффитса (160) и (161) может составлять значительную часть полной энергии. Однако при большем содержании примесей поверхности скола совпадают с границами зерен, так как сегрегация примесей понижает поверхностную энергию, т. е. = 2епр— з, г. Поверхностная энергия 2е р, требуемая для разрушения, уменьшается па величину энергии границ зерен з. г. Кроме того, значение впр уменьшается благодаря присутствию примесей, так как (епр)граииц< (enp) ooi . В результате разрушение становится межзеренным. Примером такого перехода от внутризеренного к межзеренному хрупкому разрушению (вследствие появления сегрегаций примесей по границам зерен) является охрупчивание железа при малых концентрациях фосфора и кислорода. [c.430]

В результате нарушенного строения границы ослабляю или упрочняют -чета-тл, что приводит соответственно к межкрпсталлитному (межзеренно-му) или транскристаллитному (по телу зерна) разрушению. Под действием высоких температур металл стремится уменьшить поверхностную энергию границ зерен за счет роста зерен и сокращения протяженности их границ. [c.10]

Помимо дислокаций важным дефектом наноструктурного состояния являются дисклинации. Хорошо известно, что дисклина-ции могут формироваться в зернограничных стыках и их образование связано с эволюцией структуры при больших деформациях [11, 214, 215]. Мощность дисклинаций зависит от взаимных ориентаций зерна и плоскости границы зерна [11, 215]. В работе [210] предложена модель массивов произвольных дисклинаций и произведена оценка их вклада в величины внутренней упругой деформации, энергии границ зерен и увеличения объема наноструктурных материалов, полученных методами ИПД. [c.107]

Оценим избыточную энергию границ зерен в наноструктурном А1, принимая G = 2,65 X 10 МПа, Ь = 0,29нм и d = 100 нм. Из уравнений (2.29) и (2.35) для рассматриваемого случая получаем 7из = О, ЗОДж/м и = 0,05 Дж/м . Следовательно, общая [c.111]

Прямым методом определения избыточной энергии границ зерен явилось бы измерение энергии роста зерна, поскольку в процессе роста суммарная величина поверхностной энергии уменьшается. Экспериментально измеряемыми величинами должны в этом случае быть размер зерна и тепловой эффект процесса роста. Трудность в том, что тепловой эффект мал и, кроме того, нужно исключить другие источники, влияющие на его величину [1 моль металла с размером зерна 0,01 мм при избыточной энергии границ 0,5 дж м (500 эрг1см ) дает тепловой эффект 0,418 дж (0,1 кал)]. Такой эффект улавливается современными калориметрами. [c.75]

Образование двойника происходит, когда зерно А врастает в зерна 5i и Границы зерен ASi и являются большеугловыми границами с большой энергией. Энергетически выгодные условия возникают, когда образуется зерно А с ориентацией двойника. Сумма энергий границ зерен A SinA S2, а также границы двойника АА должна быть меньше, чем соответствующая граничная энергия системы, в которой не образуется двойник. Двойники возникают преимущественно в металлах и сплавах с низкой энергией дефектов упаковки, а также в металлах с г. ц. к. решеткой (Си и ее сплавы, аустенитные стали) после рекристаллизации и роста зерна. Рост двойника заканчивается, когда порядок упаковки слоев возвращается к первоначальному. [c.87]

Значительное влияние на свойства границ зерен оказывает присутствие дефектов дислокационного характера ЗГРД и продуктов их диссоциации — внесенных ЗГД. В этом случае границы зерен обычно обладают дальнодействующими полями упругих напряжений [150], что существенно влияет на поведение границ при пластической деформации и рекристаллизации (см. ниже). Кроме того, поскольку здесь повышение общей энергии границы зерен имеет упругую природу, происходит уменьшение энергии образования вакансий. Исходя из этих представлений, в работе [63] получено [c.82]

Энергия возрастает с увеличением угла 6 вплоть до 0 15°, когда выражение (2.74) перестает выполняться (рис. 2.19). Энергия большеугловых границ в первом приближении не зависит от 0 исключением являются совпадающие ориентации, для которых она понижена. При фиксированной разориентации решеток энергия границы зерен зависит от ориентации плоскости границы. [c.81]

Неравновесная сегрегация, обусловленная особенностями зернограничной кинетики карбидных превращений, должна быть локализована не в нескольких атомных слоях, а в приграничных зонах значительно большей ширины (сопоставимой с размерами карбидных выделений, т.е. не менее 0,1 мкм [20]. Эффект неравновесной сегрегации, вызванной различной подвижностью компонентов твердого раствора, включая вакансии, также приводит к обогащению приграничной зоны примесями на расстояниях порядка 1 мкм от границы [52]. Наблюдаемое при развитии обратимой отпускной хрупкости столь сильное обогащение примесями нескольких атомных слоев у г( >аниц зерен возможно только благодаря межкристаллитной внутренней адсорбции, т.е. обратимой равновесной сегрегации, движущей силой которой является снижение энергии границ зерен. [c.43]

Естественно, что в реальных процессах охрупчивания различных сталей при длительных изотермических выдержках или замедленном охлаждении после отпуска в процессе термической обработки зерногра ничная сегрегация примесей может протекать не только под влиянием адсорбционного снижения энергии границ зерен, но и под действием других сил, имеющих кинетическую (неравновесную) природу. Как правило, единичные данные о наличии признаков неравновесной сегрегации примесей при охрупчивании являются следствием недостаточно стабилизированной структуры исследуемых сплавов. В явлении обратимой отпускной хрупкости, не осложненной процессами структурной релаксации, определяющую роль играют, как показывает подавляющая часть полученных к настоящему моменту данных, обратимая равновесная сегрегация примесей. [c.44]

В соответствии с моделью неоднородного карбидообразования [1] при отпуске закаленной легированной стали вследствие более быстрого распада пересь1щеНного твердого раствора на границах зерен концентрация карбидообразующих элементов в феррите вблизи границ падает быстрее, чем в феррите объема зерна, приближаясь к равновесной, и остается ниже средней концентрации этих элементов внутри зерна в течение времени, зависящего от состава стали и температуры отпуска. Предполагается, что в обедненных карбидообразующими элементами приграничных зонах понижается термодинамическая активность фосфора. поэтому фосфор диффундирует в эти зоны. Влияние некарбидообразующих элементов в рамках этой модели является косвенным. Никель, например, ускоряет падение растворимости фосфора с понижением температурь , что связывается с повышением его термодинамической активности, усиливающим, в свою очередь, влияние неоднородностей твердого раствора на распределение фосфора. Влияние других элементов может быть обусловлено изменением поверхностной энергии и избыточной энергии границ зерен, размера аустенитного зерна, сопротивления начальной пластической деформации, т.е. изменением фона, на котором развиваются основные (в рамках этой модели) процессы, ответственные за охрупчивание - неоднородное карбидообразование и перераспределение фосфора и его аналогов. [c.64]

При статистическом описании равновесной зернограничной сегрегации может быть использован подход, развитый для статистического описания адсорбции на свободной поверхности твердого тела. При этом необходим обоснованный выбор вида изотермы адсорбции и способа расчета теплоты и свободной энергии адсорбции, т.е. движущей силы процесса сегрегации. В настоящее время эта задача не только не решена, что объясняется отсутствием необходимых сведений об электронном спектре в ядре структурных дефектов, образующих границу, и недостатком критериев для достаточно корректного выбора приемлемой модели большеугловых границ зерен, но далека даже от корректной постановки в связи с трудностями получения экспериментальных данных об изменении состава и поверхностной энергии границ зерен. [c.79]

Можно полагать, что условия, при которых энергия границ зерен или ячеек достигает значения 2yo, определяют возможность возникновения несплошностей по таким границам. При этом, очевидно, в первую очередь несплошности будут возникать по границам зерен. Фрактограмма разрушенного ударным изгибом при 20° С образца поликристаллического молибдена, деформированного прокаткой, приведена на рис. 7.17. На рис. 7.17, а видны относительно редкие, уходящие внутрь образца, глубокие расслоения по границам зерен и микрорасслоения. Размер микрорасслоений совпадает с размером ячеек, созданных в процессе предшествующей деформации (рис. 7.17, б, в). [c.218]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...