Диффузия в твердых растворах замещения

Так, на рис. 6.3 представлены возможные механизмы диффузии в твердых растворах замещения. Из геометрических соображений очевидно, что наиболее затруднительным является простой обменный механизм диффузии, а наиболее вероятным — вакансионный. [c.151]

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]

Сущность вакансионного механизма диффузии в твердых растворах замещения состоит в обмене атомов диффундирующего элемента с вакансией в решетке растворителя, образовавшейся вследствие перемещения атома из узла ее в междуузлие. [c.54]

Дендритная ликвация сравнительно просто устраняется при переделе слитков углеродистых и низколегированных сталей. В высоколегированных сталях вследствие низкой скорости диффузии в твердых растворах замещения выравнивание химического состава осуществляется с помощью гомогенизирующего отжига. Повышенные требования к однородности химического состава вынуждают применять гомогенизирующий отжиг и для низколегированных сталей. Например, в подшипниковых сталях структурная полосчатость устраняется по специальной технологии с применением отжига - гомогенизации. [c.13]

Однако в ряде работ, опубликованных в последние годы, появились результаты, свидетельствующие об отклонениях концентрационной кривой от ожидаемой по решению (7.30). А именно, в слое диффузионного образца, прилегающем к поверхности, график 1пС=[(х ) имеет аномально крутой подъем (область / иа рис. 7.4). Область // на том же рисунке соответствует обычному процессу диффузии в твердых растворах замещения. Наконец, при плохом качестве кристаллической структуры образца на графике может возникать третья область, связанная с дислокациями, которые действуют как пути ускоренной диффузии. [c.221]

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

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]

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]

Легирующие элементы по-разному влияют на условия равновесия. В сплавах железа никель и марганец понижают критическую точку и повышают точку Л4, расширяя тем самым область -фазы (рис. 85, а), т. е. способствуют образованию аустенита. Элементы Сг, W, Мо, Si, V повышают точку A3 и понижают точку Л4, сужая тем самым 7-область (рис. 85, б), т. е. способствуют стабилизации феррита. Большинство легирующих элементов влияют на кинетику превращения аустенита, как правило, замедляя его последнее объясняется тем, что диффузия легирующих элементов, образующих твердые растворы замещения, происходит медленнее, чем диффузия углерода, что задерживает скорость роста зародыша в процессе превращения аустенита. Схемы типичных случаев влияния легирующих элементов на кинетику превращения приведены на рис. 86 (для сравнения штриховой линией показана ветвь С-кривых, для нелегированной стали). Элементы Мп, Ni, Si, не образующие специальных карбидов (за исключением Мп), замедляют аустенитное превращение, не изменяя формы С-кривыХ [c.118]

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]

Главное значение в этом процессе имеет скорость диффузии отдельных элементов в объемах с ГЦК- и ОЦК-решеткой. При всех температурах диффузионная подвижность углерода в a-Fe заметно выше, чем в более плотно упакованной решетке y-Fe. Коэффициент диффузии углерода в a-Fe выше, чем в y-Fe при 900 °С, в 39 раз, при 755 °С в 126 раз, и при 500 °С в 835 раз. Диффузионная подвижность других легирующих элементов, образующих твердые растворы замещения, значительно меньше и проявляется лишь при температуре свыше 1000 °С. [c.389]

При анализе данных, приведенных в работах [369, 370], следует учитывать длительность термической обработки, необходимой для образования пор. Для этого понадобились выдержки при 690 и 800° С в течение недели. Во время выдержки происходила и гомогенизация твердого раствора, роль которой в работах [369, 370] не обсуждалась. Система Аи — In составлена из компонентов, сильно различающихся температурами плавления. Золото плавится при 1064° С, индий — при 156° С. Это означает, что парциальные коэффициенты диффузии золота и индия в образуемых ими твердых растворах замещения должны различаться. В системе Ag — In, где, по данным работы [369], также образуется пористость при аналогичной обработке, различие коэффициентов диффузии велико [176, 375]. При 727° С, например, = 5,7 [375]. Роль различной диффузионной [c.113]

С повышением дисперсности частиц толщина диффузионного слоя становится соизмерима с радиусом частиц, что приводит к активации спекания и объемной усадке. При легировании бором образуется твердый раствор замещения, возрастает количество дефектов решетки, что облегчает диффузию углерода в карбиде. [c.137]

На поверхности пластины фосфор взаимодействует с атомами полупроводника и диффундирует в германий, образуя с ним твердый раствор замещения. Возможность диффузии атомов легирующей примеси обусловлена наличием в полупроводнике точечных дефектов (вакансий). [c.597]

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]

При реактивной диффузии нередко в диффузионном слое образуются фазы на основе твердого раствора вычитания. Диффузионное перемещение металлов в твердых растворах вычитания протекает по сравнению с твердыми растворами замещения сравнительно легко, поскольку в них имеются в большом количестве вакансии. [c.289]

Следует отметить, что в случае насыщении стали тем или другим элементом, образующим с железом твердые растворы замещения (А1, Сг, ЛЬ, W, Si и др.), диффузионная подвижность которых заведомо меньше подвижности углерода, Тройные диаграммы фазового равновесия использовать нельзя. Это объясняется тем, что в процессе диффузии элемента в сплав его состав вблизи поверхностных зон непрерывно изменяется вследствие диффузионного перераспределения элементов сплава, и в первую очередь углерода (вторичный диффузионный процесс). [c.298]

В случае твердых растворов замещения ситуация оказывается более сложной. Для бинарного твердого раствора замещения, состоящего из компонент Л и В, различают пять коэффициентов диффузии. Наряду с коэффициентом взаимной (химической) диффузии О это парциальные коэффициенты диффузии обеих компонент и и коэффициенты самодиффузии этих компонент О и О. Между всеми упомянутыми коэффициентами существуют определенные соотношения (см.,например, [85]). Естественно, возникают вопросы, какой из этих коэффициентов диффузии характеризует температурную зависимость скорости ползучести данного твердого раствора, а также какой вклад в эту температурную зависимость вносят отдельные коэффициенты диффузии. [c.53]

Диффузионная металлизация — это насыщение поверхностного слоя стали алюминием (алитирование),, хромом (хромирование), кремнием (силицирование). При металлизации алюминием повышается жаростойкость деталей. Такие детали можно эксплуатировать при температуре 1200 °С. Силицирование повышает жаростойкость до температуры 800—850°С, сопротивление истиранию, коррозионную стойкость в некоторых кислотах. Хромирование увеличивает твердость (1600—1800 HV), окалиностойкость, коррозионную стойкость. При диффузионной металлизации металлы образуют с железом твердые-растворы замещения. Диффузия металлов значительно-труднее, чем диффузия углерода или азота, поэтому все процессы диффузионной металлизации протекают при больших температурах алитирование при 900—1200 °С. силицирование при 1050—1100°С, хромирование при [c.93]

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]

Среди различных несовершенств кристаллической рещетки большую роль помимо дислокаций играют точечные дефекты и, в первую очередь, вакансии, имеющие важное значение в процессах диффузионного перемещения атомов. Известно [29, 229], что диффузия в твердых растворах замещения протекает по вакансНоиному механизму. Выражение для коэффициента диффузии в этом случае имеет следующий вид [c.19]

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]

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]

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]

В предположении, что в результате диффузии образуются твердые растворы замещения, рассматриваемая задача в общем виде была решена в [73]. Сформулирована она следующим образом. Полупространство X > О (область /) является матрицей. Слой конденсированных ато-мОВ Пркрытие (область II) растет в сторону отрицательных значений X. Положение границы слоя записывается в виде х h (t). Концентрации атомов сдоя А и матрицы В в областях / и II свяэгат соот-ношением Сд + g = 1 и удовлетворяют следующим уравнениям в области / [c.118]

В условиях непрерывного изменения температуры в сплавах на основе железа также развиваются внутренние межзеренные, структурные напряжения, а при высоких скоростях этого процесса, кроме того,— и зональные напряжения, например в поверхностных слоях детали. Основная роль при этом отводится структурным напряжениям, возникающим вследствие разницы коэффициентов термического расширения фаз, так как они не зависят от скоростей нагрева и охлаждения, а степень воздействия на субструктуру может легко регулироваться путем изменения продолжительности термоцикла и величины ДТ. Зональные напряжения целесообразно ограничивать ввиду того, что они могут послужить причиной образования незалечиваемШ микротрещин. Эффективность воздействия структурных напряжений определяется в основном двумя факторами первый заключается в повышении плотности дислокаций и равномерности их распределения в объеме, подверженном деформации второй связан с предполагаемым увеличением диффузионной проницаемости структуры с повышенной плотностью дислокаций и с увеличением скорости диффузии. Последнее обстоятельство в случае его реализации может способствовать увеличению степени растворения избыточных фаз. В какой-то мере этому же будет способствовать и ускорение диффузии в напряженной решетке. Однако в твердых растворах замещения со сравнительно небольшим различием атомных радиусов легирующих элементов этот фактор играет второстепенную роль в диффузионных процессах. [c.24]

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]

При рассмотрении вакансионных пар, влияющих на коэффициент диффузии примесн в твердом растворе замещения с ГЦК решеткой, чаще всего предполагается, что энеркя связи вакансий бесконечна, так что они образуют дивакансию. Такая модель является слишком упрощенной и может привести к неправиль- [c.164]

Диффузия атомов в твердых растворах замещения, как и самодиф-фузия, происходит по вакансионному механизму. Так, например, диффундируют примеси элементов П1 и V групп в германии и кремнии их коэффициенты диффузии составляют 10" — сек в кремнии при 1000° и 10 1 —- 10" смЧек в германии при 800°, что на несколько порядков меньше, чем при междоузельной диффузии. [c.113]

Легирующие элементы, присутствующие в легированных сталях, оказывают определенное влияние на процессы превращения перлита в аустенит. Они в больпшнстве случаев растворяются в аустените, образуя твердые растворы замещения. Диффузия легирующих элементов (Ti, Zr, V, Mo, W) происходит значительно медленнее, чем диффузия углерода. Поэтому легированные стали нагревают до более высоких температур и задают более длительную выдержку при температуре нагрева для получения однородного аустенита, в котором растворяются карбиды легирующих элементов. [c.161]

Из четырех перечисленных меха- низмов в чистых металлах и сплавах со структурой твердых растворов замещения должен преобладать вакансион-ный механизм диффузии. [c.55]

Движение атомов в твердом растворе — один вз частных случаев диффузии ). Как именно мигрируют примеси замещения Можно предложить несколько способов, но на сегодня установлено, что в большинстве случаев реализуется ракансионный механизм, [c.159]

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]

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]

Термодинамически возникновение химической микронеоднородности при полиморфном превращении объясняется различной растворимостью элементов а- и р-фазах. После перехода титана из р- в а-состояние элементы, стабилизирующие р-фазу и имеющие ничтожную растворимость в а-фазе, вытесняются на поверхность раздела этой фазы. Как только в матричной фазе появляются продукты превращения, на границе фаз возникает градиент химического потенциала, который и является движущей силой процесса перераспределения чужеродных атомов. Однако процесс гетерогенизации идет во времени и, кроме термодинамического фактора, надо учесть кинетические возможности реализации процесса перераспределения примесных атомов, который осуществляется посредством диффузии. В описанных опытах вызывала удивление большая скорость перераспределения атомов, в том числе тех, которые образуют твердые растворы замещения никеля, хрома и др. в процессе охлаждения они перемещались на большие расстояния (десятки микрон). Был сделан ориентировочньга расчет времени диффузии никеля на расстояние, равное ширине иглы а-фазы, в сплаве ВТ-5 и определен коэффициент диффузии никеля в интервале температур перераспределения. Оценка показала, что при перераспределении примесей в процессе охлаждения имеет место ускоренная диффузия (приблизительно на 4 порядка). [c.343]

Атомы углерода, имеющие малый диаметр, в процессе диффузии перескакивают из одного межузлия кристаллической решетки в другое, поэтому энергия активации, здесь сравнительно невелика. Вследствие этого диффузия углерода в стали происходит гораздо легче, чем диффузия атомов металлов — алюминия, хрома и др., образующих с железом твердые растворы замещения. [c.273]

Диффузионная металлизация — это насыщение поверхностного слоя стали различными элементами. При насыщении алюминием процесс называют алитированием, хромом — хромированием, кремнием — силицированием, бором — борированием. При металлизации алюминием повышается жаростойкость деталей. Такие детали можно эксплуатировать при температуре 1200 °С. Силицирование повышает жаростойкость до температуры 800-850 °С, сопротивление истиранию, коррозионную стойкость в некоторых кислотах. Хромирование увеличивает твердость (до 1600-1800 HV), жаростойкость, коррозионную стойкость. При диффузионной металлизации металлы образуют с железом твердые растворы замещения. Диффузия металлов происходит значительно медленнее, чем диффузия углерода или азота, поэтому все процессы диффузионной металлизации протекают при больших температурах алитирова-ние при 900-1200 °С, силицирование при 1050-1100 °С, хромирование при 1000-1200 °С. Применение диффузионной металлизации технически эффективно и экономически выгодно. Детали из зтлеродистых сталей, насыщенные с поверхности хромом, алюминием или кремнием, становятся жаростойкими при температуре 1000-1100 °С, что значительно выгоднее, чем изготовление их из дорогостоящих жаростойких легированных сталей. [c.148]

В металлах при образовании твердых растворов замещения диффузия преимущественно осуществляется по вакансионному механизму. Убедительным под-тверждеижм вакансионного механизма диффузии является эффект Киркендалла,, который был обнаружен в опыте, описанном ниже. [c.278]

Многие процессы химико-термической обработки (алитирование, хромирова-1 ие, силицирование и др.) обусловлены диффузией таких элементов, как А1, Сг, Si, W, Мо и др., образующих с железом твердые растворы замещения. Эти элементы в отличие от элементов внедрения диффундируют в железе по ваканспон-ному механизму. В табл. 2, по данным различных исследователей, приведены сведения о константах диффузии Сг, А1, Si, W, Мо в а- и у-железе. [c.288]

Медь и никель являются наиболее широко используемыми элементами для легирования спеченных сплавов на основе железа. Это является, главным образом, следствием того, что никель так же, как и медь, имеет низкое сродство к кислороду и увеличивает прокали-ваемость сталей. Однако никель увеличивает усадку детали, в противоположность меди, но повышает ударную вязкость спеченных деталей. Скорость диффузии никеля в железе низка, потому что он образует с железом твердый раствор замещения. На самом деле, когда порошковый материал спекают при очень высокой температуре или в течение очень продолжительного времени, система должна приближаться к равновесным условиям. Установлено [49], что максимальная гомогенизация была достигнута при использовании тонко измельченного порошка никеля (обычно частицы карбонильного порошка имеют размер 1 мкм) и температуры спекания приблизительно 1300 "С. Никель способствует стабилизации аустенита. Микрс структурные [c.85]

Наблюдаемые при обычных скоростях нагрева процессы а - у превращения могут быть различной комбинацией этих двух механизмов. В частности, при массивном превращении [200] имеются признаки мартенситного и диффузионного процессов. В железоникелевых или железоникельтитановых сплавах с 25-33% N1 при быстром на-г >еве имеет место бездиффузионное сдвиговое а- у превращение [30, Иб-ЦЭ] С уменьшением скорости нагрева увеличивается вероятность диффузии не только атомов внедрения (С, Ы), но и элементов, образующих твердые растворы замещения (например, N1 136 [c.136]

Это уравнение с точностью до темодинамического фактора совпадает с уравнением, предложенным Виртманом [48] и Бартоном и БаСтоу [89], которые исходили из идей Херринга [90]. Миллион и Вржестал [91] двумя разными путями (причем первый исходил из макроскопических, а второй - из микроскопических свойств системы) пришли к уравнению, подобному (3 23) с точностью до термодинамического фактора для случая, когда твердый раствор остается гомогенным, и к уравнению, подобному упомянутому выше уравнению, выведенному в работах [48] и [89], для случая установившегося состояния. Он]и вывели также аналогичные уравнения для коэффициентов диффузии В и О многокомпонентных твердых растворов замещения. [c.54]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...