Диффузия в твердых растворах внедрения

От типа твердого раствора. Диффузия в твердых растворах внедрения осуществляется проще, чем в растворах замещения. Атомы диффундирующего элемента дислоцированы, находятся в междоузлиях, и в процессе диффузии работа на их вырывание из узлов не затрачивается. В соответствии с этим теплота диффузии Q при образовании твердого раствора внедрения меньше, чем при образовании раствора замещения в том же растворителе. В твердых растворах вычитания диффузия того компонента, часть узлов которого в кристаллической решетке вакантна, осуществляется тем легче, чем больше пустых мест в решетке. [c.191]

Дисперсионное твердение 379 Диффузионные процессы механизм диффузии 599, 600 Диффузионный слой структура 600 Диффузия в твердых растворах внедрения 602 [c.1192]

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]

С повышением температуры, как известно, диффузионные процессы ускоряются. Атомы углерода, несравненно более подвижные, чем атомы титана или ниобия, покидают внутренние объемы зерен (кристаллитов) аустенита, где они ранее находились в виде карбидов, и стремительно выходят к периферии этих зерен, оставаясь, разумеется, в твердом растворе внедрения. Если перегретую таким образом аустенитную сталь быстро охладить, будет зафиксирован у-твердый раствор, отличающийся преимущественным распределением энергичных карбидообразующих элементов внутри зерен и наличием пересыщенного углеродом твердого раствора на границах зерен (кристаллитов) аустенита. При последующем отпуске или в процессе замедленного охлаждения первые атомы углерода, выпадающие из твердого раствора по границам зерен аустенита, заберут все атомы титана или ниобия, находящиеся в пограничных зонах, и образуют с ними карбиды. Новые атомы углерода, диффундирующие из внутренних объемов аусте-нитных зерен к периферии, уже не найдут здесь достаточного количества атомов титана или ниобия. Начнут образовываться уже не карбиды этих энергичных карбидообразователей, а карбиды хрома и железа. Это происходит по той причине, что диффузия углерода в аустените идет несравненно быстрее, чем хрома, а последний диффундирует быстрее, чем титан или ниобий. [c.182]

Доказано, что основным механизмом самодиффузии и диффузии в твердых растворах замещения является вакансионный. В твердых растворах внедрения основным механизмом перемещения примесных атомов небольшого размера является межузельный. [c.152]

Характерно, что в твердых растворах внедрения, а именно в феррите и аустени-те, диффузия углерода идет преимущественно по границам зерен (рис. 4). [c.317]

Процесс диффузии атомов в твердых растворах внедрения является простейшим и наиболее наглядным примером этого механизма диффузии. Сам механизм сводится к последовательному переходу атомов из одного междоузлия в другое. В разбавленных твердых растворах можно считать перескоки атома из одного междоузлия в другое независимыми друг от друга. Скорость диффузии атомов небольшого размера по междоузлиям [c.287]

В твердых растворах внедрения процесс диффузии облегчается тем, что не требуется вывода атома (иона) растворителя в иррегулярное положение, поэтому энергия активации меньше, чем при образовании твердых растворов замещения. Например, при диффузии углерода в [c.72]

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]

Один из механизмов пластической деформации при наличии диффузии связан с направленным перемещением атомов внедрения в поле приложенных напряжений. В напряженной кристаллической решетке атомы внедрения располагаются в междоузлиях неупорядоченно. Например, атомы углерода, входящие в твердый раствор а-железа, располагаются в центре граней или в середине ребра куба (90, б). До приложения нагрузки все ребра и грани куба равноценны. При наличии упругих напряжений а эта равномерность нарушается (рис. 90. а) и растворенные атомы скапливаются преимущественно на растянутых ребрах. Создается различие в растворяющей способности решетки по разным направлениям. [c.154]

При температуре 500°С в среднем выделяется 14,5 водорода, а всего при этой температуре его выделяет ся более 70%. Наличие максимума выделения водорода при этой температуре объясняется началом его выделения из твердого раствора внедрения, а также замедленной его диффузией через толщу кристаллов электролитического железа. Третий максимум, находящийся при температуре 700 С, характеризуется преимущественным выделением водорода из твердого раствора внедрения. При этой температуре выделяется 17,45 о водорода, а общее выделение водорода в среднем составляет 96,2° д. [c.76]

Поверхностное насыщение стали металлами (Сг, А1, Si и др.), образующими с железом твердые растворы замещения, более энергоемко и продолжительнее, чем насыщение азотом и углеродом, образующими с железом твердые растворы внедрения. При этом диффузия элементов легче протекает в кристаллической решетке феррита, чем в более плотно упакованной решетке аустенита. [c.159]

Возникновение пористости при аустенитизации железных сплавов, содержащих графит, имеет много сходного с порообразованием при гетеродиффузии. Особенностями процесса растворения графита в железе является образование твердого раствора внедрения и большое различие в скоростях диффузии и самодиффузии. [c.96]

Естественно ожидать, что границы зерен оказывают значительное влияние на диффузию только в твердых растворах замещения. Поскольку в растворах внедрения диффузия проте- [c.119]

Теоретические расчеты энергии, необходимой для перемещения атомов с помощью одного из перечисленных механизмов, также показывают, что в сплавах со структурой твердых растворов замещения преобладает диффузия путем движения вакансий. При образовании твердых растворов внедрения реализуется механизм диффузии по междоузлиям. [c.279]

Диффузия в железе элементов, образующих твердые растворы внедрения [c.285]

Проблема получения этих металлов в пластичном состоянии заключается поэтому прежде всего в возможно более тщательной очистке их от примесей внедрения методами вакуумной электроду-говой и плазменной плавки, высокотемпературного вакуумного отжига листа и прутков, зонной очистки и т. п. Кроме того, образование твердых растворов внедрения атомами углерода, азота, кислорода, бора и водорода, имеющими малые радиусы и большую подвижность, обуславливает интенсивное развитие диффузии по октаэдрическим и тетраэдрическим междоузлиям при повышении температуры. Вследствие этого упрочнение ОЦК тугоплавких металлов примесями внедрения становится неэффективным иногда даже ниже температур возврата. [c.139]

Выше было показано, что в начальный период трения в поверхностно-активной среде происходит одновременно два процесса формирование собственно слоя с пониженной плотностью линейных дефектов (дислокаций) и высокой плотностью точечных дефектов (вакансий) и формирование оксидной гран-ицы раздела между поверхностным слоем (пленкой меди) и подложкой (основным металлом). Результаты исследования перио, а кристаллической решетки существенно расширяют представления о природе. межфазной границы раздела. Увеличение периода решетки меди при трении в вазелиновом масле, содержащем добавки ПАВ, указывает на то, что подповерхностные слои (граница раздела) представляют собой твердый раствор внедрения в меди не только кислорода, но и элементов смазки — продуктов ее деструкции и превращений в результате химических реакций на поверхности. Механизм этого явления заключается в диффузии элементов кислорода, водорода, углерода и др. в подповерхностные слои, где они вступают во взаимодействие с атомами металлов. Наличие максимума периода кристаллической решетки в подповерхностных слоях свидетельствует о более высоких температуре и степени деформации на этой глубине, что согласуется с результатами работы [58]. В общем случае формирование границы раздела между пластифицированной пленкой и основой образца определяется, при данных условиях испытаний, химическими свойствами как основного металла, так и смазочной среды. [c.128]

На взаимодействие твердых тел с окружающей средой сильное влияние оказывают дефекты структуры в твердых телах. Так, возрастание коэффициентов диффузии в деформированном металле в сравнении с недеформированным обусловливается образованием и развитием дефектов структуры — искажениями решетки и микротрещинами. В процессе получения диффузионных покрытий, когда в поверхностном слое образуется твердый раствор внедрения или твердый раствор замещения, также происходит искажение решетки основного металла. Эти искажения иногда могут быть столь значительными, что приводят к потере упругой устойчивости решетки и разрушению поверхностного слоя металла. Разумеется, что в этом случае образование диффузионных покрытий невозможно. [c.154]

Чем больше величина Q, тем меньше коэффициент диффузии О. Скорость гетеродиффузии при проникновении атомов насыщающего элемента в решетку железа неодинакова и зависит от характера образующегося твердого раствора. При насыщении углеродом или азотом, образующими с железом твердые растворы внедрения, диффузия протекает легче, чем прн насыщении металлами, образующими твердые растворы замещения. [c.244]

Скорость диффузии атомов насыщающего элемента в решетку железа неодинакова и зависит от состава и строения образующихся фаз. При насыщении углеродом или азотом, составляющими с железом твердые растворы внедрения, диффузия протекает быстрее, чем при насыщении металлами, образующими твердые растворы замещения. [c.255]

Диффузионная подвижность элементов зависит от их состояния (атомы, ионы) и от атомно-ионного радиуса. В железе быстрее других диффундируют элементы с малыми атомными радиусами, образующие твердые растворы внедрения (Н, В, С, Ы, О). Элементы, образующие с железом твердые растворы замещения (51, Сг, N1, Мо и другие), диффундируют" значительно медленнее. Например, коэффициент диффузии углерода при 1000—1400 °С на 5—8 порядков выше, чем металлов [356]. Коэффициенты диффузии последних обычно тем меньше, чем больше атомный радиус. [c.243]

Диффузия межузель-ных атомов (межузельный механизм) (рис. 11.3, г). Атомы мигрируют через междоузлия решетки. Это движение требует сильной деформации решетки, которая связана с высокой энергией активации. Особенно просто происходит такая диффузия в твердых растворах внедрения (см. 8.3.2), которые состоят из основной [c.242]

Механизм протекания диффузии может быть межузельнъш, ваканси-онным, обменным и циклическим (рис. 34). Реализация того или иного механизма протекания диффузии определяется кристаллическим строением вещества и типом дефектов его кристаллической решетки. Так, доказано, что основным механизмом диффузии примесных атомов в твердых растворах замещения является вакансионный, а в твердых растворах внедрения — межузельный. [c.109]

В твердых растворах внедрения диффузия протекает по междоузлиям. Энергия активации этого процесса значительно меньше, чем для вакансионного механизма [для диффузии углерода в Y-железе 126 кдж1г-атом (30 ккал г-атом), а для легирующих элементов в у-железе 293 кдж г-атом ( 70 ккал1г-атом). Это объясняется тем, что хотя энергия искажения при переходе атома из узла в вакансию невелика (примерно такая же, как при переходе атома углерода из одного междоузлия в другое), однако число вакантных мест мало. [c.106]

Скорость диффузии существенно зависит от типа твердого раствора. Как указывалось ранее, в твердых растворах внедрения диффузия протекает легче, чем в растворах замещения. Например, при 1000° С коэффициент диффузии углерода в аустени-те на 4 порядка выше, чем коэффициент диффузии молибдена (1,5-10 и 1,5-10- ° см 1сек) (Блантер [83, 84]). Именно эта причина в основном определяет значительно меньшую глубину диффузионного слоя при металлизации, чем при цементации. [c.109]

Мы рассмотрели связь между наблюдаемым коэффициентом диффузии и микроскопическими перемеш ениями атомов в твердых растворах внедрения, а также в случае самодиффузии в чистых металлах. В первом случае растворитель можно было представить как жесткую матрицу, сквозь которую диффундирует растворенный компонент. При этом нреднолагалось, что исследуемые сплавы являются достаточно сильно разбавленными растворами, так что атомы растворенного компонента при движении не оказывают влияния друг на друга. В случае чистых металлов имеется только одна решетка, по которой перемещаются атомы, и хотя они могут мешать перемещению друг друга, мы можем учесть это, сосредоточив внимание па концентрации вакантных узлов и их движении. [c.146]

Значение имеет также тип твердого раствора, образуемого компонентами сплава, что объясняется различием механизма диффузии в твердых растворах разного типа. В твердых растворах внедрения перемещение атомов диффундирующего элемента происходит в меж-дуузлия решетки. Наиболее изучен этот механизм диффузии для твердых растворов, образуемых С, N, О и Н с железом, никелем и кобальтом. Многие процессы, протекающие в стали в твердом o -i тоянии, такие как цементация, азотирование, цианирование и другие, обусловливаются диффузией атомов С и N по междуузлиям per шетки железа. В твердых растворах замещения механизмы перемещения диффундирующего элемента различны, однако наиболее вероятным является вакансионный механизм диффузии. В твердых растворах вычитания, перемещение атомов происходит в имеющиеся вакантные места решетки. Поэтому скорость диффузии в твердых растворах вычитания и внедрения выше, чем в твердых растворах замещения. [c.54]

Основными составляющими структуры сталей, кроме химических соединений (карбидов, нитридов и т.д.), являются твердые растворы внедрения и замещения. Скорости диффузии атомов внедрения во много раз больше скоростей диффузии атомов замещения. Позтому диаграммы состояния Ре - РезС и Ре - N достаточно полно и точно описьшают фазовые превращения и структуры, формирующиеся в нелегированных сталях при литье, горячей обработке давлением, сварке. Для легированных сталей из-за низкой скорости диффузии в твердых растворах замещения получаются различные метастабильные состояния при тех же условиях обработки. В высоколегированных сталях однородные твердые растворы замещения согласно диаграммам состояния Ре - Сг, Ре - N1 и др. получают с помощью дополнительных операций термической обработки. [c.17]

С увеличением Q значительно уменьшается О. При этом для разных веществ величина О существенно зависит от уровня Q. Так, при диффузии С в а-Ре образуется твердый раствор внедрения и Q= = 134 кдж1г-атом. При диффузии металлов в -Ре образуются растворы замещения и <3 = 231—273 кдж г-атом. [c.138]

Теория направленного упорядочения возникла в связи с исследованиями явления временного спада проницаемости, объясняемого наличием в твердом растворе атомов внедрения. Если большинство атомов внедрения будет расположено в междуузлиях вдоль одной определенной оси, например 1100], то возникнет одноосная анизотропия. В любом твердом растворе, который неполностью упорядочен, имеется совокупность пар одинаковых атомов. Эти пары атомов выстраиваются вдоль приложенного магнитного поля. Необходимо показать, что энергии внешнего магнитного поля достаточно для того, чтобы создать направленное упорядочение, а в том случае, если направленное упорядочение уже возникло, то оно может объяснить величину наблюдаемой магнитной анизотропии. Теоретически и экспериментально было показано, что каждая пара атомов обладает энергией, зависящей от угла между локальной намагниченностью и осью пары. При температурах ниже температуры Кюри, но достаточных для того, чтобы диффузия успевала проходить за конечный промежуток времени,, пары одинако- [c.155]

Здесь следует заметить, что существует такая достаточно большая скорость охлаждения аустенита, начиная с которой он уже не успевает распадаться на феррито-цементнуую смесь, а переохлаждаясь до вполне определенной температуры, превращается в пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в a-Fe. Этот раствор, называемый мартенситом, очень тверд и хрупок. Его твердость составляет 600 кгс/мм НВ. Мартенситное превращение требует непрерывного охлаждения от температурной точки М (начало мартенситного превращения) до точки М (конец мартенсит-ного превращения). Оно происходит в результате бездиффузионно-го аллотропического превращения v-Fe а a-Fe (ГЦК-решетки в ОЦК), при котором вследствие отсутствия диффузии из-за низкой температуры весь находившийся в аустените растворенный углерод остается в новой ОЦК-решетке и оказывается растворенным в а-Ре. Но так как растворимость углерода в a-Fe значительно меньше, то получается пересыщенный раствор с большими искажениями решетки и внутренними напряжениями. Эти искажения и напряжения называются закалочными, их появлению способствует очень большая плотность возникающих дислокаций. [c.34]

Важнейший этап ХТО — диффузия. В металлах при образовании твердых растворов замещения диффузия в основном происходит по вакансион-ному механизму. При образовании твердых растворов внедрения реализуется механизм диффузии по междоузлиям. [c.122]

При переохлаждении аустенита приблизительно ниже 240°С скорость диффузии падает почти до нуля и происходит бегтф ушоппое мартенситное превращение. Образуется мартенсит — пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в а-железе. Мартенсит имеет ту же концентрацию углерода, что и исходный аустенит. Из-за [c.115]

Водородная гипотеза КР (Эделяну, Эванс, Воган и др.) основана на повреждающем механическом или химическом действии поглощенного сталью водорода. Водород в атомарном состоянии выделяется при коррозионном процессе, адсорбируется на поверхности и диффундирует в металл в область сложнонапряженного состояния у острия трещины по механизму восходящей диффузии с образованием там твердого раствора внедрения, мар-тенситных и гидридных фаз, пор с высоким давлением молекулярного водорода и т. д. Трещина развивается по наводороженной области благодаря хрупкому разрушению или ускоренному растворению металла. [c.110]

В технологии производства полуфабрикатов и изделий из титана и титановых сплавов применяется нагрев при термической обработке и горячей обработке давлением, производимый обычно в печах с воздушной атмосмосферой. При этом на поверхности титана образуется не только окалина, но и происходит диффузия газов (в основном кислорода) в поверхностные слои, что приводит к образованию твердых растворов внедрения. Такой газонасыщенный слой называют алъфированнъш (см. рис. 3.10). [c.91]

При больших степенях переохлаждения возрастает термодинамическая неустойчивость аустенита, а скорость диффузии углерода резко падает. При переохлаждении аустенита в эвтектоидной стали до 240 °С подвижность атомов углерода близка к нулю и происходит бездиффузионное превращение аустенита. При этом меняется лишь тип решетки у а, а весь углерод, ранее растворенный в решетке аустенита, остается в решетке феррита несмотря на то, что равновесная концентрация углерода в феррите не превышает 0,006 % при комнатной температуре. В результате образуется пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в а-железе, который называется мартенситом. Из-за пересыщенности углеродом решетка мартенсита сильно искажена и вместо кубической приобретает тетрагональную форму, в которой отношение периодов решетки существенно отличается от единицы, т. е. с/а Ф 1. Чем больше углерода, тем выше степень тетрагонапьности мартенсита (рис. 8.8). [c.437]

Диффузия по вакансиям требует более высокой флуктуации энергии для перескока атома из одного положения в решетке в другое, чем при диффузии по междоузельному механизму, В связи с этим энергия активации эле.ментов, образующих с железом твердые растворы замещения, значительно больше энергин активации элементов, образующих твердые растворы внедрения (см. табл. 1 и 2). Как следствие этого диффузионная подвижность в твердых растворах замещения значительно ниже. Например, при 1000° С коэффициент диффузии молибдена в Y-железе (1,5-10 см /с) на четыре порядка ниже коэффициента диффузии углерода (1,5-10 см /с). Поэтому при диффузионном насыщении металлами (диффузионной металлизации) процесс ведут при более высоких температурах и длительно и, несмотря на это, получают меньшую толщину слоя, чем нри насыщении азотом и особенно углеродом. [c.288]

Титан обладает полиморфизмом. При температуре ниже 882 С он находится в а-состоянии (гексагональная решетка), а выше — в р-состоянии (кубическая решетка). Это обстоятельство существенно влияет на паяемость титана, возможность удаления его окисной пленки и диффузию депрессантов из шва в паяемый металл. Элементы, образующие твердые растворы внедрения, от- носятся к вредным примесям (С, N, О, Н), охрупчивающим титан находясь в растворе, они могут приводить к замедленному хрупкому разрушению сплавов. [c.306]

Кинетика выделения карбидов из а-железа изучалась многими исследователями. Чувствительным индикатором количества внедренных атомов, остающихся в твердом растворе, является высота пика внутреннего трения, связанного с упорядочением атомов внедрения в поле напряжений. Это позволяет проследить за ранними стадиями процесса выделения. Первые работы в этом направлении были проведены Уэртом [62]. Уэрт установил, что кинетика процесса в целом может быть описана уравнением (39) с п, меняющимся от 1,2 до 1,7 (среднее значение 1,45). Это должно было бы соответствовать трехмерному контролируемому диффузией росту из достаточно отдаленных друг от друга заранее существовавших зародышей и первоначально рассматривалось как указание па то, что частицы имеют сферическую форму. Полученные позднее результаты показали, что величина п может довольно сильно меняться, увеличиваясь в недеформированных образцах по мере снижения температуры старения. При повышенном содержании углерода п резко увеличивается при некоторой определенной температуре (при 0,022 вес. % углерода эта температура составляет 60° С), и такое изменение кинетики процесса обнаруживается на графике зависимости 1п от 1/Г. [c.294]

Обычно наряду с процессом проникновения припоя между границами зерен идут процессы фронтального растворения паяемого металла (общей эрозии), уменьшающие эффект межзерен-ного проникновения или образования жидкой фазы. Интенсивность этих процессов зависит от скорости диффузии, температуры, количества припоя и т. д. Проникновение жидкого металла между границами зерен во многих случаях вызывает местную эрозию, растворение пограничных зон металла в припое. Поэтому скорость такой местной (локальной) эрозии, как и общей эрозии. зависит от растворимости легирующих элементов припоя е паяемом металле чем больше эта растворимость, тем медленнее протекает процесс эрозии. Так как скорость диффузии легирующих элементов, особенно образующих твердые растворы внедрения, большая между границами зерен, чем внутри зерен, го можно ожидать, что при пайке припоями, содержащими такие элементы, обычно слабо растворимые в основном твердом металле, припой будет проникать между границами зерен. Действительно, эвтектические припои систем Ре — В и N1 — В (бор слабо растворим в железе и никеле) весьма склонны к проникновению этих металлов между границами зерен. Существенное значение при этом имеет то обстоятельство, что эвтектики содержат небольшое количество бора и значительно большее количество железа или никеля это вызывает переход в эвтектику заметного количества паяемого металла по границам его зерен, куда проник бор. [c.29]

В тех случаях, когда вакансии заполняются основным металлом, имеет место процесс самодиффузии, а в тех случаях, когда они заполняются инородными атомами растворимого вещества, наблюдается процесс диффузии одного элемента в другой — процесс гетеродиффузии. Таков механизм образования твердых рас-тв.оров замещения. При образовании твердых растворов внедрения наличие пустых мест в решетке не играет существенной роли. [c.5]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...