Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 78
Текст из файла (страница 78)
В этом случае представление о степени химической неоднородности можно получить, применяя аналитические методы расчета. 12.7. Образование н строение г1заннц зерен в металле сварпьйх соединений 12.7.1. Дислокацноииаа модель границ зерен Образование границ зерен — структурное превращение, присущее питому металлу (сварному шву, отливке) в период завершения его кристаллизации из жидкого расплава. Границы образуются непосредственно при срастании первичных кристаллнтов, Поскольку кристаллические решетки кристаллитов ориентированы произвольно, то их сопряжение при срастаннн кристаллитов сопровождается их существенными искажениями, которые приводят к образованию граничной поверхности (так называемой физической границы зерен). Существует также мнение, что границы образуются путем собирания дислокаций, неупорядоченно расположенных в металле после затвердевання в одну граничную поверхность в результате процесса полигонизации.
Однако более обоснован первый вариант механизма образования границ. Современные представления о строении границ сводятся к тому, что на границах чередуются участки хорошего н плохого соответствия кристаллических решеток соседних зерен. Это так называемые «островные» модели границ зерен. Строение н протяженность участков плохого соответствия зависят от угла разориеиигпгнги кристаллических решеток смежных кристаллитов, характеризующего степень их несоответствия. Сопряжение узлов кристаллической решетки на участках плохого соответствия сопровождается ее деформацией. Накопленная деформация на ряде кристаллических решеток компенсируется появлением нарушений кристаллического строения в виде дислокаций. Различают малоугловые (угол до 15') н большеугловые (угол свыше 15') границы. Малоугловые границы описывают как ряд отдельных дислокаций (рис.
12.28, а). Расстояние Е> между ними определяется соотношением дислокаций' 0 — угол разорнента. пни. льшеу~ловая граница рассматривается как область скопле- я в результате знаний дислокаций, а сопряжение узлов достигается в чительных локальных искажений кристаллической решетки. При произвольном значении угла О отсутствует какая-либо п нодичность в расположении узлов совмещения и дефектов кристаллической решетки, и это р, это распространяется на приграничную зону атно- сительно больпюй ширины (примерно ло 100 периолов решетки) , б). р нескольких определенных углах разориентации, характерных для каждого типа решетки, образуются так называемые специальные границы.
Они имеют опрелелен енную а б в Рис. 12.28. Дислокационнме модели границ зерен: а — малоуглоааа; 6 — большеуглоаал; а — слаллалькал периодичность совмещенных узлов и практически и пряжение щеток ис, 1 . чески идеальное со- не решеток (рис, 12.28, в). При этом толщина приграничного слоя с искаженной решеткой составляет 2 — 3 всего — периода ре- Искажения решетки на границе и в приграничных зонах приводят к повышению на этом участке металла удельной потею шальнои 608 э нергии, которая равна 1 10 Дж!м н сильно зависит оз состава со" 2 седних зерен и раюриеитацин их крисгаллических решспж. В момент образования физические границы зерен располагаются в зоне срастания первичных кристаллнтов н по форме совпадает с нх разветвленными контурами. Зоны срасгания (так называемые первичные границы) выявляются как обогащенные $ примесями ликвациоиные учасгки, имеющие отличную от центральных участков кристалл итов степень травления реактивами.
Интенсивность травления плавно изменяется 3- по ширине зоны, составляющей 1...100 мкм (рис. 12.29). © 9~% При травлении физические границы зерен проявляются в р ф виде четкой тонкой линии ши- -! Риной около 1О мкм, т. е. на рис !2 2в Зоим с!метания крис два порядка меньшей, чем ши- талантов рина зон срастания (рис. 12.30). Эффект травления границ связан со скоплением примесей в результате процесса их сегрегации в приграничных зонах с искаженной решеткой.
В случае малого количества примесей в металле или быстрого охлаждения, когда диффузионный процесс сегрегации не успевает произойти, эффект травления ослабевает или ис- чезает полиоспю. На свобод- рмс. !2ЗО, Соотношение между ной, чистой от оксидов по- зонами срастания элементов верхностн границы зерен вы- первичных кристаллитол (4) и являются в виде канавок границ м ницами н В термического травления. Канавки образуются в результате местной пластической деформации, вызванной уравновешиванием сил граничного и поверхиоспюго натяжения. Те м р ическое травление не связано с сегрегацией пмесей, поэто оно выявл му яет границы в и~Зколегн)юванных сплавах и чистых металл еталлах, а тшже в случае больших скоростей охлаждения после затвердевання литого металла. 12,7.2. П ...Процессы видоизменения границ зерен В процессе охлаждения расположение арапка з вило, изменяется в 1 зерен, как пра- меняется в результате процесса нх миграции.
После завершения охлаждения в лаждения в болыпинстве случаев физические границы не совпадают с зонами срастания первичных кристаллитов— первпчиыми границамп (см. рнс. 12.29, ! 2.30). Выравнивание системы к более ыра границ и рост зерен связаны со стрем ленцам лес равновесному состоянию с меньшей свободной энергией.
В соо тветствии с этим в питом металле после за щения крнстаялиза е завершехо ции п в отожженном металле прн нш-„ев а-„еве проис- — „сн, приводящие к сннже- дят изменения в положении границ — „сн, п во ванна волнистых частк у ов на границах п уменьшения числа зерен, т. е. увеличения их размеров (рис. 12.31, а), Этот процесс называется в результате смещения или миграции границ зерен. л 6 е Рпс. 12З1. Изменение фо мы и ф р размеров зерен (а), схема выравнивания границ зерен (б) н смещение стыка границ зерен (а) б10 Степень миграции границ зерен определяется движущими силами миграции, подвижностью границ п временем пребывания металла в области температур высокой диффузионной подвижности атомов. Движущая сила миграции появляется вследствие неравенства свободных энергий границ в данном неравновесном и равновесном (после полного завершения миграции) состояниях.
Прн прочих равных условиях движущая сила миграции зависпг главным образом от конфигурации граничных поверхностей, характеризуемой числом участков с повышенной кривизной в макро- н микроскопическом плане. Движущая сила миграции на отдельных участках границы пропорциональна их суммарной кривизне 1Ж! + + 1Жз, где Р! и Рз — ралиусы кривизны в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Мигрнрующая граница движется обычно к центру максимальной кривизны (рис. 12.31, 6).
Чем меньше число граней у зерна„тем больше их кривизна при заданном размере п тем интенсивнее идет миграция границ, На стыках гранпц зерна (для двумерной системы трех зерен) движущая сила миграции пропорциональна отклонению соотношения смежных углов от равновесного. П~с~едн~му соответствует ра~ен~~во у~я~в между тремя границами, каждый из которых составляет !20' (рис. 12.31, а).
В этом случае уравновешиваются силы поверхностного натяжения на стыкующихся участках границ, что соответствует напменыоему значению свободной энергии. Смещение стыка границ 0 в положение 0' приведет к искривлению границ, Это вызовет перемещение границ в направлении к центру их кривизны до спрямления, т. е. зерно А будет расти за счет зерен В и С. Подвижность границ зависит от их структуры, а также от концентрации на них примесей. По современным представлениям мигришя границ происходит в результате элементарных актов переноса единичных атомов через границу. Миграция границ — термически активпруемый процесс.
Для перехода от одного зерна к другому атом должен обладать некоторым избытком энергии, т. е. энергией активацип, При этом частота перехода атомов, а следовательно, и скорость миграции увеличиваются с повышением температуры. Близость значений энергии активации миграции и энергии активации самодиффузионных процессов свидетельствует о том, что миграция границ контролируется направленным перемещением вакансий. Другими словами, движение границы представляет собой процесс обмена местамн между атомами и вакансиями (рис. 12.32).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
