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 растворенного элемента. Заметное развитие гомогенизация получает в области температур свыше 0,8 Tпл 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 при 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 так называемая восходящая диффузия, при которой поток элемента направлен против градиента концентраций, т. е. в сторону ее увеличения. При этом на первом этапе пребывания сплава при высоких температурах возможно усиление МХН некоторых элементов, а затем, после перераспределения других элементов,— его выравнивание по объему.

Сегрегация обусловлена перераспределением элементов между объемом зерен и их границами, имеет сложный харак¬тер и зависит от температуры. Для двухкомпонентных твердых растворов движущей силой процесса является тенденция к уменьшению энергии упругих искажений решетки при переходе растворенных элементов из зон зерна, не имеющих дефектов кристаллического строения, в зоны скопления несовершенств строения решетки, которыми в первую очередь являются границы зерен. Предельное развитие процесса — образование так называемой равновесной сегрегации элементов на границах зерен, которая оценивается отношением равновесных концентраций элементов на границе сг.р н в объеме зерна сε. Согласно теоретическим представлениям сг.р возрастает по мере снижения температуры (рис. 1). В условиях нагрева или охлаждения при сварке действительная или неравновесная сегрегация на границах сг.н начинает развиваться при температурах выше температуры заметной диффузионной подвижности растворенного элемента Tд. По мере повышения температуры сг.н будет возрастать вплоть до достижения сг.р. Интенсивность изменений сг.н и степень приближения ее к сг.р будут тем больше, чем больше коэффициент диффузии растворенного элемента и меньше скорости нагрева и охлаждения. При дальнейшем возрастании температуры сг.н будет снижаться, согласуясь с зависимостью изменения сг.р от температуры. Начнется процесс «рассасывания» сегрегата на границах, т. е. гомогенизация, помимо внутренних объемов зерна, распространится на приграничные области. При охлаждении процесс развивается в сторону повышения сг.н до достижения сг.р. Концентрация примесей на границах может также уменьшаться в результате миграции границ при росте зерен, если она сопровождается термическим отделением границы от примеси.

Схема развития неравновесной сегрегации примесей на границах зерен при нагреве (а) н охлаждении (б)
Рис. 1. Схема развития неравновесной сегрегации примесей на границах зерен при нагреве (а) н охлаждении (б).
сε, сг.р — равновесная концентрация в зерне и на границе, сг.н, сг.и — неравновесная концентрация на границах соответственно для малой и большой скорости нагрева, сг.о - концентрация примесей на оплавленных границах, Tд, Tc.н — температуры начала диффузии примеси и неравновесного солидуса; Tmax Tnmax — Различные максимальные температуры нагрева

При нагреве участка ОШЗ около линии сплавления свыше температуры неравномерного солидуса Тс.н происходит оплавление приграничных участков зерен. Если растворенный элемент понижает температуру плавления сплава, то сегрегация его на границах приводит к более раннему расплавлению приграничных участков при Тс.нс (равновесного солидуса). При этом границы зерен как поверхности раздела исчезают. Появление жидкой фазы приводит к появлению нового «ликвационного» механизма перераспределения растворенного элемента между твердым телом зерна и оплавленными приграничными участками. Он подобен ликвационному механизму образования междендритной МХН при первичной кристаллизации. 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 сг.о. Степени МХН в данном случае соизмеримы с МХН в литом металле.






Навигация
Болты
Винты, шпильки, штифты, прокладки
Пружины
Заклепки
Шпонки
Гайки
Резьба
Валы
Муфты
Подшипники
Виды соединений
Передачи
Материал
Дополнительные материалы
Госты метизов
Сварка
Мы в соцсетях
podshipniki.moscow применяемость подшипников
Сортовой металлопрокат: str-steel.ru в Москве с доставкой.