Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 79

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 79)

По своему атомному механизму и энергии активации миграция занимает некоторое промежуточное положение между б1! 1 Ор +2Ае зтг гз= г,о 612 самодиффузией по границам зерен и самоднффузией в объеме зерен. В случаях малоугловых н спецпяльных большеугловых границ зерен обмен местамц атомов и вакансий происходит в малоискаженных приграничных зонах, поэтому энергия активации миграции границы будет близка к энергии активации объемной Рис. 12.32.

Спрямления границ самодиффузии в кристаллической зерен а результате обмена мес- решетке. По мере разорнентацни тами атомов и вакансий 1круж- границы и увеличения степени ки — атомы. крестики — лакан- искажения кристаллических решеток в приграничных зонах доля энергии активации, связанная с образованием и перемещением вакансий, будет уменыпаться. Общая энергия актввапии мнграцпи будет приближаться к энергии активации самоднффузип по границам зерен. В соответствии с этим большеугловые границы зерен более подвижны, чем малоугловые и специальные. В условиях неравномерного распределения температуры, например при сварке, наиболее интенсивная миграция границ зерен происходит в направленип тепловых потоков. Это, вероятно„обусловлено направленным потоком вакансий от более нагретого к менее нагретому участку металла.

Рассмотрим влияние примесей на подвижность границ. В рале случаев примеси, концецтрцруясь на границах, существенно снижают их подвижность, В сплавах типа твердых растворов скорость миграции границ зерен практически всегда на несколько порядков меньше, чем в чистых металлах. При переходе от чистых мепилов к слабым растворам (содержание примесей менее 0,001 %) скорость миграции границ зерен резко уменьшается. При достаточно больших концентрациях наличие примесей перестает существенно влиять на дальнейшее уменьшение скорости движения границ.

Довольно сильное торможение движущихся границ зерен происходит при наличии дисперсных частиц: нерастворимых примесей, второй фазы нли неметаллических включений. При приближении границы зерна к днсперсной часпще между ними возникает сила притяжения, в результате действия которой изменяется радиус кривизны соответствующего участка границы зерна (рис.

12ЗЗ). Это уменьшает общую движущую силу, действующузо на границу, что приводит к снижению скорости ее миграции в целом. При встрече границы зерна с дисперсной частицей сила притяжения достигает максимума. Она зависит от поверхноспюго натяжения на поверхности раздела граница — частица и от 2 радиуса частицы. Если движущая сила, деиствующая иа границу, больше действующей на нее силы притяжения, то граница отораетс естся от дисперсной частицы (включения), в противном случае она будет остановлена включением. Условие остановки границ ое .

Зин м, в естся Рис. 12.22. Схема торзерен, выведенное К. инером, выраж следующим соотношением: Гр анины зерна части- )2 1 ( 1 2 47) цани второй фазы: — ЛВ$скушамся Грэанаа где й и г — радиусы кривизны соответст- фаж З - изменение феявенно границ зерен и дисперсных частиц; "" гР'""ам'еР"а"'эта Т- доля объема, приходящаяся на дисперсную частицу.

Из этого соотношения следует, что наиболее эффективно тормозят границы зерен мелкие дисперсные час- величением размера зерен и доли частиц у. Миграция границ зерен увеличение а н высоких темпепри условии длительного пребывания металла прн гах продолжается до установления равновесного состояния. Для пзотермических условий конечный радиус зерна г, в результате нормального роста м роста может быть приближенно рассчитан по формуле: где г,о — начальный радиус зерна; Д вЂ” энергия активации собирательной рекрнсталлизации; Т, г — температура и время пребывания при температуре Т. Значения г,о, А н Д определякп экспернмен- тально. ниц зерен и и н и изменение их размера н формы имеют свои специфические особенности.

В этом случае получает развитие процесс рекр- 6!3 сталлизацни обработки или первичной рекрнспилизации. Движущей силой процесса служит иакогиенная при плжтической деформации энергия, связанная в основном с абпазованием дислокаций, имеющих высокую плотность (до 1О ...1О см ). РекриспплизаН 2 цня обработки прцводит к образованцю новых равноосцых зерен с обновленной кристаллической решеткой. При этом свободная энергия рекристаллизованного металла становится меныпе, чем деформированного, вследствие уменьшения плотности лислокаций 6 8 -2.

(до 10 ...1О см ). Процесс рекристаллизации обработки представляет собой образование зародьппей новых зерен и их рост. Имеется определенная аналогия с фазовыми превращениями диффузионного типа. Накопленная в обьеме зерен энергия деформации примерно в 100 раз выше поверхностной энергии нх границ, поэтому рекристаллизацня на первых этапах может привести к образованию мелких зерен и увеличению нх числа (по сравнению с числом зерен в том же объеме деформированного металла). Рекристаллизацня начинается прн нагреве свыше температуры рекриспшлнзацни Т „, составляющей 0,4Тлл, т.

е. когда становится заметной скорость самоднффузцн. Процесс термически ахтивирован, т. е. для образования зародышей зерен и их роста требуется определенная энергия активации, поэтому он развивается в металле, претерпевшем определенную критическую пластическую деформацию (около 5...10%), т.

е. после накопления в металле некоторого минимума энергии. С увеличением степени деформации снижается энергия активации рекристаллизацнн н несколько понижается температура рекристаллизацнн Т „. Это приводит к увеличению скорости рекристаллизации. 12.7З. Гомогенизация и сегрегация примесей иа границах зерен Перераспределение примесей и легнрующих элементов в сплавах происходит в период их пребывания прн температурах, при которых существует заметная диффузионная подвижность примесей и этих элементов.

Возможны два противоположных процесса: гомогенизацня (выравнивание концентраций элементов по объемам зерен) и сегрегация (накоплеиие элементов на отдельных составляющих структуры, границах зерен и скоплениях дефектов кристаллической решетки). 6!4 Гомогенизация приводит к устранению МХН, возникшей в рельтате процесса ликвации прн первичной кристаллизации сплазульт ' ва. Последняя наиболее ярко выражена в литом металле и р шве после завершения процесса затвердевания, однако в значительной степени сохраняется и в деформированном металле даже после неоднократной термической обработки. Гомогенизация происходит в результате распюрения избыточных фаз и выравнивающей диффузии элементов по объему. Для двухкомпонентных сплавов движущей силой выравнивающей диффузии является градиент концентрации, а се скорость пропорциональна коэффициенту диффузии растворенного элемента. В литых сплавах градиент концентрации зависит от состава сплава и размера элементов первичной кристаллизации (ячеек, ветвей дендритов).

Чем оии мельче, тем выше градиент концентрации. В этом случае также мельче частицы избыточных фаз. Эти ва факто а способствуют ускорению общей скорости гомогенизацни. Заметное развитие гомогенизацня получает в ла области температур свыше О,ЬТлл как в процессе нагрева, так н при охлаждении. По мере развития гомогеннзации ее скорость постепенно затухаег, поскольку уменьшается градиент концентрации. Перераспределение элементов между объемом зерен и их границами имеет сложный характер и зависит от температуры. Предельное развитие процесса — образование так называемой равновесной сегрегации элементов на границах зерен, которая оценивается отношением равновесных концентраций элементов на границе С,.„и в объеме зерна С,. Сегрегация примесей на границах приводит к образованию зернограннчной МХН (см.

Разд. 12.62). 12.о. Фазовые иревраьцеиии в металлах в твердом состоянии 12.8.1. Полиморфиые преврагцеиня Ряд металлов (Ре, Т1, Со и др.) имеет несколько модификаций кристаллических структур при различных температурах. Термодинамически полиморфные превращения (переход из одной модификации в другую) обусловлены минимумом объемной свободной энергии, характерным для той илн иной модификации в соответств ющих температурных интервалах.

Полиморфные превращения в зависимости от условий охлаждения могут иметь диффузионный или мартенситный характер. 615 1 ~ Н Т То Т! 6!6 Ф механизм об азовые превращения диффузионного типа проне н ходзп' по и изму разования н роста новой фазы. Закономерности это роцесса аналогичны процессу кристаллизации жидкой фазы (см.

го разд. 12.5.1) Необходимым условием превращения диффузионного типа является определенная степень переохлаждения (или перегрева) по отношению к равновесной температуре начала ф*"" п в аз ре р щений То, прн которой удельные объемные свободные энергии фаз равны. Возникновение зародышей обеспечивается за счет выделившейся при переохлаждении (илн перегреве) удельной эне г объемной свободной энергии и флуктуацнонного повыше р ии в отдельных группах атомов. При превращении диффузии ия онного типа в сплавах для образования зародыша необходимо также наличие флуктуации концентрации растворенного элемента. Это условие затрудняег образование зародышей новой фазы, особенно если ее состав сильно отличается от исходной.

П н шенин диффузионного типа в твердом состоянии образование зародышей также тормозится упругой деформацией фаз, которая обусловлена различием удельных объемов исходной и об ющнхся фаз. Эне г ф . р ия упругои деформации так же, как и поверхноисходнои и разуюстная энергия, увеличивает объемную свободную энергию. Среди образовавшихся зародышей способностью к дальнейшему ро~~у обладают зародыши, раз~ар которых ра~е~ критическому или превышает его, В этом случае баланс поверхностной н объемной энергий имеет отрицательное значение н рост новой фазы происходит с уменьшением свободной энергии системы. Критический размер зародышей уменьшается с увеличением степени переохлаждения по отношению к равновесной темп ~ —,у Т, п ~ —,уре о, при которои объемные свободные энергии фаз равны.

Прн этом скорость образования зародышей также будет уменьшаться, так как с понижением температуры снижается диффузионная подвижность Зависимость вероятности образования новой фазы от степени переохлаждения будет иметь максимум. При нагреве зависимость вероятности образования новой фазы от степени перегрева будет монотонно возрастающей. При росте новой фазы изменение составляющих свободной энергии аналотнчно их изменению прн образовании за й. оэтому зависимость линейной скорости роста новой фазы от степени переохлаждения также имеет максимум, но сдвинутый в сторону меньших переохлаждений.

Характеристики

Список файлов книги