Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 [ 33 ] 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

пендикулярных направлениях. Мигрирующая граница движется обычно к центру максимальной кривизны (рис. 5.9).

Подвижность границ является функцией строения границ, а также концентрации на них примесей. По современным представлениям, миграция границ происходит в результате элемен тарных актов переноса единичных атомов через границу. Миг рация границ является термически активируемым процессом Для перехода от одного зерна к другому атом должен обла дать некоторым избытком энергии, т. е. энергией активации При этом частота перехода атомов, а следовательно, и ско рость миграции увеличиваются с повышением температуры.

о апомы X Вакансии

Рис. 5.9 Схема выравнивания границ зерен (а), изменение формы н размера зерен (б)

Рис 5 10. Спрямление границ зерен в результате обмена атомов и вакансий

Близость энергии активации миграции к энергии активации самодиффузионных процессов свидетельствует о том, что миграция границ контролируется направленным перемещением вакансий. Другими словами движение границы представляет процесс обмена атомов и вакансий (рис. 5.10). По мере разори-ентации границы и увеличения степени искажения решеток в приграничных зонах доля энергии активации, связанная с образованием и перемещением вакансий, будет уменьшаться. Общая энергия активации миграции будет приближаться к энергии активации самодиффузий по границам. В соответствии с этим большеугловые границы более подвижны, чем малоугловые. В условиях неравномерного распределения температуры, например при сварке, отмечают, что наиболее интенсивная миграция границ происходит в направлении тепловых потоков. Это", вероятно, обусловлено направленным потоком вакансий от более нагретого к менее нагретому участку металла.

В сплавах типа твердых растворов скорость миграции границ практически всегда на несколько порядков меньше, чем в чистых металлах. При переходе от чистых металлов к слабым растворам (содержание примесей менее 0,001 %) скорость

миграции резко уменьшается. При больших концентрациях примеси перестают существенно влиять на дальнейшее уменьшение скорости движения границ.

Существенное торможение движущихся границ имеет место при наличии нерастворимых примесей, частиц второй фазы или неметаллических включений. При приближении границы к частицам между ними возникают силы притяжения, в результате чего радиус кривизны соответствующего участка границы изменяет свое направление (рис. 5.11). Это уменьшает общую движущую силу границы, что приводит к понижению скорости ее

миграции в целом. При встрече границы

I I с частицей силы притяжения достигают

III/ максимума. Они зависят от поверхностного натяжения раздела граница - частица и радиуса частицы. Если движущая сила границы больше силы ее притяжения, то граница оторвется от включения. В противном случае она будет остановлена включением. Наиболее эффективно границы тормозят мелкие частицы. В то же время вероятность остановки границ возрастает с увеличением размера зерен. Миграция границ при условии длительного пребывания металла при высоких температурах продолжается до установления равновесного состояния.

В холоднодеформированном металле при нагреве миграция границ зерен и изменение размера и формы зерен имеют свои специфические особенности. В этом случае получает развитие процесс рекристаллизации обработки или первичной рекристаллизации. Движущей силой процесса является накопленная при пластической деформации энергия, связанная в основном с образованием дислокаций высокой плотности (до 10"-10 см-). Рекристаллизация обработки приводит к образованию новых равновесных зерен с обновленной кристаллической решеткой. При этом свободная энергия рекристаллизованного металла становится меньше, чем деформированного, вследствие уменьшения плотности дислокаций (до 10-10* см"). Процесс состоит из образования зародышей новых зерен и их роста. Имеется определенная аналогия с фазовыми превращениями диффузионного типа. Накопленная в объеме зерен энергия деформации примерно в 100 раз выше поверхностной энергии их границ. Поэтому рекристаллизация на первых этапах может привести к образованию мелких зерен и увеличению их количества по сравнениню с деформированным металлом.

Рнс 5 11 Схема торможе ния движущейся границы

частицами второй фазы / - движущаяся граница,

2 - частицы второй фазы,

3 -этапы прохождения границы через частицы фазы

Рекристаллизация начинается прн нагреве свыше температуры рекристаллизации Гр, составляющей ОДГпл К, т. е. когда становится заметной скорость самодиффузии. Процесс является термически активированным. Поэтому процесс получает развитие 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 рекристаллизации и несколько понижается Тр. Это приводит к увеличению скорости рекристаллизации.

5.4.3. Перераспределение примесей.

Перераспределение примесей происходит в период их пребывания в температурных областях, когда имеет место заметная диффузионная подвижность этих элементов. При этом возможны два противоположных процесса: выравнивание концентрации элементов по объему - гомогенизация или их накопление на отдельных структурных составляющих, границах зерен и скоплениях дефектов кристаллической решетки - сегрегация. Гомогенизация приводит к устранению микрохимической неоднородности (МНХ), возникшей при первичной кристаллизации сплавов.

Для двухкомпонентных сплавов движущей силой выравнивающей диффузии является градиент концентрации, а ее скорость пропорциональна коэффициенту диффузии ,растворен-ного элемента. Заметное развитие гомогенизация получает в области температур свыше 0,87пл К как в процессе нагрева, так и охлаждения. Скорость гомогенизации резко возрастает с повышением температур и временем пребывания при них. По мере развития гомогенизации ее скорость постепенно затухает, поскольку уменьшается градиент концентрации. Процесс гомогенизации получает существенное развитие при сварке в ОШЗ сварных соединений.

В многокомпонентных системах, какими являются современные технические сплавы, движущей силой диффузионного перераспределения элементов является не градиент концентраций, а градиент его химического потенциала. Последний определяет изменения свободной энергии локального объема твердого раствора или фазы данного состава прн добавлении одного моля диффундирующего элемента. В свою очередь химический потенциал будет зависеть от термодинамической активности элемента, определяемой его концентрацией и взаимодействием с другими элементами, находящимися в растворе. Одни из них могут повышать, другие - понижать активность диффундирующего элемента. Диффузия элемента идет от зон, где его активность выше, в зоны, где она ниже. В этом случае возможна