Диффузия по границам, по зерну и по поверхност

Строение диффузионных слоев различно. Различают три основных вида диффузии поверхностную, решетчатую и диффузию по границе зерна (рис. 62). При поверхностной диффузии атомы диффундируют вдоль поверхности, в то время как при решетчатой диффузии они распространяются равномерным широким фронтом в кристаллической решетке. Если же диффундирующие атомы идут вдоль границ зерен, то такую диффузию называют диффузией по границе зерна. Эта диффузия, практически неприменимая, особенно заметна между золотом и серебром (ряс. 63), никелем и железом. Частично диффузия проходит вдоль границ зерен настолько глубоко, что зерна основного металла становятся практически совершенно окруженными продиффундировавши-ми зернами. В покрытии железа хромом наблюдаются все три вида диффузии. Был испытан железный лист, хромированный только с одной стороны. После 24-Ч нагрева при 850°С наблюдали узкую зону решетчатой диффузии, а на кромке, первоначально свободной от хрома, наблюдали слой сплава Сг—Ре, образовавшийся в результате поверхностной диффузии, происходящей над газовой фазой. При 1000°С в течение 24 ч возникают, большие диффузионные зоны. После такой обработки на хромированной стороне листа можно различить относительно толстый слой сплава, появившийся в результате поверхностной диффузии. [c.104]

Вначале на поверхности соприкосновения металла с водородом за счет термической диссоциации молекулярный водород превращается в атомарный". При постоянной температуре, в соответствии с законом действующих масс, упругость атомарного водорода увеличивается пропорционально квадрату давления. Так как скорость диффузии водорода в металле пропорциональна квадрату давления, то это подтверждает представление о том, что при отсутствии растрескивания только атомарный водород насыщает сталь. Водород диффундирует в сталь как по границам зерен, так и через зерна. Проникновение водорода происходит одновременно с частичной абсорбцией газа металлом. Водород, растворенный в стали, стремится концентрироваться в зонах с максимальной свободной энергией, по границам зерен, во всех несовершенствах кристаллической решетки и т.д. [c.163]

Значительное влияние на скорость диффузии оказывает структура. Скорость диффузии в объеме зерна, по границам зерен и блоков мозаики и на их поверхности разная. Различают объемную, пограничную и поверхностную диффузию. Скорость пограничной диффузии выше, чем объемной, а поверхностной — выше, чем пограничной. Более легкое перемещение атомов диффундирующего элемента по границам зерен объясняется нарушениями кристаллического строения и ослаблением междуатомных связей в этих областях. Диффузия на поверхности зерен протекает быстрее вследствие наличия сил междуатомной связи у поверхностных атомов только по одну сторону плоскости. Таким образом, при измельчении зерен металла и увеличении протяженности их границ скорость диффузии, как правило, повышается. [c.54]

Следует иметь в виду, что одновременно с протеканием диффузии по границам зерен происходит диффузия и в объеме зерна, и только при достаточно низких температурах считается, что эти процессы протекают обособленно. Схема диффузии по поверхности, границам и в объеме зерен представлена на рис. 52. Диффузия по границам зерен в некоторых случаях протекает одновременно с растворением диффу- [c.91]

Диффузия серы (с поверхностей деталей или из атмосферы печи) по границам зерен придает никелю хрупкость. Образующиеся при этом сульфиды никеля располагаются по границам зерен в виде оболочек, чем ослабляют связь между зернами и облегчают диффузию кислорода при нагреве. [c.63]

В обоих случаях для протекания процесса необходима диффузия. Поэтому скорость достижения микроструктурного равновесия есть функция времени, температуры, а также химического потенциала. Практически диффузия вдоль границ зерен и по поверхностям раздела идет значительно быстрее, чем внутри зерен. Если размеры приповерхностной диффузионной зоны превышают размер зерна, изменение состава разбавленного твердого раствора может быть вычислено из следующего стандартного уравнения [c.419]

Плоские источники и стоки. Эта категория дефектов включает в себя свободную поверхность, границы зерен и субграницы зерен. Для диффузии, ограниченной в процессе отжига, границы зерен могут быть представлены сферической поверхностью приблизительное решение диффузионного уравнения для аннигиляции еще раз показывает, что изменение концентрации при отжиге представляет сумму демпфирующих экспонент. После ускоренной стадии изменение концентрации идет по экспоненте с константой скорости показано на рис. 5, в. Отсюда находится диаметр зерна, который равен около см, что на один-Два порядка меньше средней величины истинного Диаметра зерна. Следовательно, свободная поверхность и границы зерен [c.374]

Пору на границе зерна люжно рассматривать как элемент свободной поверхности, по которой интенсивней развивается диффузия. Одновременно ускорение диффузии приводит к возрастанию скорости образования а-фазы, а следовательно, и объемной доли межфазных границ. Это, в свою очередь, облегчает развитие пористости [186], [c.335]

Переход зерен из начального в конечное положение включает в себя процессы а) ЗГС — зерна передвигаются сдвигом друг относительно друга в плоскости границы. Этот сдвиг значительно больше, чем в модели диффузионной ползучести б) диффузионный перенос по нормали к границе объемной и граничной диффузией. Пути диффузии, как видно из схемы на рис. 297, г, невелики (примерно 0,3d), а смещаемый объем составляет примерно 25% объема зерна в) изменение величины поверхности зерна — площадь межзеренных границ увеличивается при переходе в промежуточное состояние. [c.567]

Все литые металлы и сплавы, не подвергнутые обработке, обнаруживают литую структуру, известную еще под названием закристаллизованная или первичная структура . Зерно закристаллизованной структуры, особенно у сплавов с образованием твердого раствора, выявляется в иных условиях травления, чем зерен-ные структуры сплавов, подвергнутых обработке. Однако в первичной структуре также могут быть выявлены границы и поверхность зерен, фигуры травления. В литых сплавах выявляют дендритную структуру, типичную для твердого раствора. Зерна по составу не однородны, при кристаллизации центральная зона (начало кристаллизации) имеет иной состав, чем внешняя часть (конец кристаллизации). Это явление называют ликвацией твердого раствора. Изменение концентрации происходит постепенно. Химическая неоднородность кристалла зависит от диффузионной способности взаимодействующих легирующих элементов. У многокомпонентных сплавов неоднородность твердого раствора определяется примесными и легирующими элементами, имеющими самые низкие коэффициенты диффузии, например фосфор в технических железных сплавах. Инертность фосфора настолько велика, что несмотря на у а-превращение и на дополнительный выравнивающий отжиг (диффузионный отжиг), первичная структура (дендриты [c.29]

Наиболее опасен при ползучести процесс накопления повреждаемости. В результате перемещения дислокаций и вакансий на границы зерен образуются микропоры, которые в дальнейшем сливаются в микро- и макротрещины. В результате подготавливается разрушение элемента конструкции. Наиболее слабым элементом теплоэнергетического оборудования являются гибы. При гибке утоняется стенка трубы по растянутому волокну, искажается правильная круговая форма. Первые микропоры, как правило, образуются на наружных поверхностях гиба. На этих поверхностях расположены максимально нагруженные волокна. Напряжения, вызывающие пластическое течение на границах зерен, способствуют образованию множества пор. Некоторые из них, деформируясь, становятся концентраторами напряжений. Максимальные растягивающие напряжения, действующие у заостренных частей пор, способствуют оседанию вакансий в этих местах [227]. Постепенно пора развивается в трещину. Наиболее вероятно ее распространение вдоль границы зерна, поскольку на границе располагается много пор, присоединяющихся к трещине, и быстро протекает диффузия вакансий. [c.360]

Когда энергия, необходимая для создания поверхности раздела фаз, относительно велика, процесс образования зародыша в основном определяется вторым членом А/ з уравнения общей свободной энергии фазовых превращений. Особенно это имеет место при небольших степенях переохлаждения (первый член / .РV мал). В этих условиях образование зародыша рвязано с необходимостью значительного искажения атомнокристаллической структуры на возникающей межфазной границе. Такие зародыши называются зародышами некогерентного типа. Они образуются преимущественно по границам зерен с большими углами разориенти-ровки, которые особенно характерны для металлов в рекристаллизован-ном состоянии, а также на свободных поверхностях и инородных включениях. Эти места являются наиболее выгодными потому, что обладают более высокими уровнем свободной поверхностной энергии и степенью искажений кристаллической решетки исходной фазы. Уменьшение размера зерен способствует увеличению числа возникающих зародышей и тем самым ускоряет превращение в целом. А. X. Коттрелл 16] отмечает, что по степени искажения (или неупорядоченности) атомной структуры эти границы и поверхность раздела между некогерентным зародышем и матрицей исходной фазы весьма напоминают друг друга. Возникновение некогерентных зародышей по границам зерен в сплавах облегчается еще и потому, что благодаря повышенной концентрации поверх-ностноактивиых легирующих элементов и примесей и более высоким коэффициентам диффузии атомов на границах (в сравнении с областями неискаженной решетки в зерне) повышается вероятность флуктуаций состава и сокращается время, необходимое для подхода атомов нужного сорта к зародышу. Экспериментально это доказано методом меченых [c.15]

В слоях, более удаленных от поверхности, перенос Ni осуществляется диффузией по границам зерна и дислокационным трубкам. Количество перенесенного по этим каналам, недостаточно, чтобы существенно снизить температуру начала мар-теиситного превращения всего слоя, и после закалки в воду зна- [c.138]

Аустенитно-карбидная зона в цементованном слое практически возникает Лишь при легировании стали карбидообразующими элементами, и в первую очередь хромом. Карбиды начинают образовываться на поверхности по границам и стыкам зерен. С течением времени выделение карбидов происходит и внутри зерна, двухфазная область распространяется на некоторую глубину, а на поверхности при цементации высоколегированных сталей возможно образование сплошного карбидного слоя [44]. Избыточные карбиды имеют глобулярную форму. При образовании аустенитно-карбидной зоны средняя концентрация углерода на поверхности цементованного слоя значительно превышает предел растворимости углерода в аустените Сщах- Образование карбидов ведет к обеднению аустенита легирующими элементами. В пределах аустенитно-карбидной зоны концентрация легирующих элементов в аустените возрастает от поверхности вглубь, поэтому высокая концентрация углерода в слое ведет к уменьшению прокаливае-мости. Это связано с зародышевым действием карбидов на распад аустенита и понижением его устойчивости за счет перехода легирующих элементов в карбид. При насыщении азотом легированного феррита и стали при температуре диффузии также возможно образование двухфазной зоны, состоящей из а-фазы и нитридных фаз [32]. [c.298]

Как показали многочисленные исследования [10], все структурные дефекты вакансии, границы зерен и субграннцы, внешняя поверхность, дислокации и т. д. оказывают влияние на диффузионную подвижность атомов. При химико-термической обработке реализуется как объемная диффузия (в толще каждого зерна), которая дает основной вклад в диффузионный поток, так и диффузия по границам зерен [c.289]

Вакансионный механизм диффузии в сплавах наглядно подтверждается следующим экспериментом (Киркендал). Стержни из меди и латуни (сплав меди и цинка) отполировывались с торцов, плотно соединялись и подвергались высокотемпературному отжигу. Через поверхность соприкосновения стержней навстречу друг другу устремлялись два диффузионных потока атомов меди в латунь и атомов цинка из латуни в медь. Скорость диффузии цннка из латуни в медь больше, чем меди в латунь. В результате в латуни появляется избыточное число вакансий, образующих поры, видимые как черные пятнышки на микрофотографии. Беспорядочно расположенные белые и темные области являются кристаллитами (зернами) соответствующих металлов. Границы между зернами представляют собой нарушенные области, содержащие большое количество пустот (вакансий и их скоплений). Поэтому скорость диффузии по гра- [c.126]

Экспериментально было установлено, что в карбидах хрома иа каждую весовую часть углерода приходится 10—12 ч. хрома. Поэтому выпадение карбидов хрома по границам зерен приводит к сильному обеднению отдельных зон сплава хромом. Наиболее сильное обеднение хромом наблюдается в зоне, непосредственно прилегающей к границе зерна. Здесь концентрация хрома может упасть до 5—8%. В зонах, удаленных от границы зерна, концентрация хрома снижается в меньшей степени полагают, что всего на 2—3%. Такое неравномерное обеднение границ и зерна хромом объясняется очень большим коэффициентохм диффузии углерода по сравнению с хромом в твердом растворе Fe — Сг —Ni. Схематически изменение концентрации хрома около выпавших карбидов изображено на рис. 139, откуда видно, что в результате нагрева нержавеющей стали в опасной зоне температур (600—800° С) на поверхности стали появляются три зоны, сильно отличающиеся по своему химическому составу. Эти три структурные составляющие будут и в электрохимическом отношении неоднородны, так как электродный потенциал твердого раствора железо — хром сильно зависит от концентрации хрома (рис. 140). [c.241]

В работе [136] изучен процесс реакционной диффузии углерода в поликристаллический вольфрам. Прутки вольфрама насыщали углеродом в графитотрубчатой печи сопротивления в токе осушенного водорода при температурах 1500—1800° С. В одной серии опытов образцы помещали в засыпку из ламповой сажи, в другой — только укладывали на графитовые подставки и сажей не засыпали. Толщина слоев в первом и втором случаях была примерно одинаковой, что свидетельствует о доставке углерода к поверхности вольфрама в основном за счет газовой фазы — углеводородов, образующихся в графитотрубчатой печи при этих температурах. Было установлено, что во всех случаях диффузионная зона состоит из двух слоев (тонкого внешнего слоя карбида УС и толстого внутреннего слоя карбида ШаС), а также, что толщина внешнего слоя растет весьма медленно, а внутреннего — довольно быстро с увеличением времени и особенно температуры насыщения. При металлографическом исследовании было обнаружено, что линия раздела карбидной зоны (фазы ШаС) и металла была сравнительно ровной и карбидная фаза вдоль границ кристаллов не распространялась. На основании этого в работе [136] делается вывод об отсутствии заметного преимущества скорости диффузии углерода по границам зерен поликристалличе-ского вольфрама по сравнению с диффузией его через объем зерна. [c.133]

В связи с обсуждаемым вопросом следует отметить эффект, с которым мы столкнулись прн определении коэффициента диффузии водорода в сплаве ВТ15. При послойном анализе наводорожен-иых образцов было обнаружено, что на монотонной кривой, характеризующей снижение концентрации водорода с удалением от наводороживаемой поверхности, периодически наблюдаются пики, отвечающие аномально высоким содержаниям водорода. Эти пики удалось объяснить лишь тем, что при низких температурах водород по границам зерен диффундирует значительно быстрее, чем по телу зерна. Отсюда следует, что при низкотемпературном наводороживании концентрация водорода по границам зерен значительно больше его средней концентрации. [c.424]

Как показали П. А. Ребиндер с сотрудниками [29], образующиеся новые поверхности in statu nas endi покрываются адсорбционными слоями поверхностно-активных веществ, например, компонентов смазки, понижающих свободные молекулярные силы, которые возникают на вновь образующихся поверхностях, что и облегчает пластическое деформирование, а при определенных условиях и разрушение металла. При пластической деформации кристаллы дробятся вдоль границ между зернами, облегчается диффузия примесей особенно активно ведет себя кислород, который адсорбируется по поверхности зерен в виде отрицательных ионов. По Мотту, процесс окисления обусловлен существованием двойного электрического слоя на поверхности раздела окисел — металл. [c.24]

Случай, определяемый линией 2 диффузия сопровождается перестройкой решетки а в у, причем перекристаллизация идет постепенао вглубь по направлению диффузии, благодаря чему образующиеся зерна у-фазы приобретают вытянутую форму. Граница фаз а и V при температуре диффузии сохраняется и при комнатной температуре в виде резкой полосы (линии раздела), расстояние которой от поверхности принимается часто за условную глубину диффузионного слоя. Линия раздела всегда соответствует перелому на кривой концентрация — глубина [c.599]

Диффузионная сварка ниобиевых сплавов целесообразна при температурах ниже температуры рекристаллизации для предотвращения насыщения тугоплавких металлов газами (Og, Hj, N3) и роста зерна в процессе нагрева. Для этого необходимо. интенсифицировать диффузионные процессы за счет использования промежуточных металлов, наносимых на свариваемые поверхности напылением в вакууме. Толщина напыленного слоя — от нескольких десятков до нескольких тысяч ангстрем. Слой имеет очень мелкозернистую структуру. Такие прокладки растворяются в свариваемых металлах и поэтому не оказывают влияния на прочность сварного соединения. При сварке ниобиевого сплава ВН-3 (4—5,2% Мо 0,8—2,0 Zn 0,08—0,16 С 0,03 Оа <0,04 <0,005N2 остальное Nb) в качестве прокладки применяли никель, обладающий малой растворимостью в ниобии и имеющий при температуре 1373 К коэффициент диффузии на три порядка меньше коэффициента диффузии ниобия в никеле. Сварку выполняли при Т 1237 К, р = 9,6 МПа, I = 30 мин. Микроструктурные исследования деталей с напыленной поверхностью при нагреве без сварки показали, что во всех случаях происходит испарение никелевой пленки по всей поверхности, кроме зон, расположенных по границам кристаллитов. Это свидетельствует о преимущественном развитии диффузионных процессов между пленкой и границами зерен на свариваемой поверхности. Прочность сварных соединений, выполненных через никелевую пленку на оптимальном режиме Т — 1273 К, р = 19,6 МПа, = 30 мин, составляет 0,9 прочности основного металла (рис. 4). На деталях и образцах, сваренных на оптимальном режиме, остаточной деформации не наблюдали. [c.154]

По мере повышения температуры Сг.и будет возрастать вплоть до достижения Интенсивность изменений Сг. и степень приближения ее к Сг.р будут тем больше, чем больше коэффициент диффузии растворенного элемента и чем меньше скорости нагрева и охлаждения. При дальнейшем возрастании температуры Сг. будет снижаться, согласуясь с зависимостью изменения Сг.р от температуры (рис. 13.15, а). Начнется процесс рассасывания сегрегата на границах, т. е. гомогенизация помимо внутренних объемов зерна распространится на приграничные области. При охлаждении процесс развивается в сторону повышения С до достижения Сгр (рис. 13.15,6). При нагреве свыше температуры неравновесного солидуса Ген происходит оплавление приграничных участков зерен. При этом границы зерен как поверхности раздела исчезают. Более высокая растворимость легирующих элементов и примесей в жидком металле обусловливает насыщение ими оплавленных участков в результате направленной диффузии из твердой в жидкую фазу до концентрации Со.г. Степени МХН в данном случае соизмеримы с МХН в литом металле. Рассмотренный случай перераспределения примесей характерен для непосредственно примыкающего к линии сплавления участка ОШЗ сварных соединений, нагреваемого выше Тс. . [c.509]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...