Диффузионной проницаемостью

Типичный вид разрушения образцов, подвергнутых предварительному 100-часовому отжигу при 1477 К и испытанных при той же температуре под углом 45°, показан на рис. 17, б. Как неотожженный образец (рис. 15,6), так и образец после 100-часового отжига разрушаются по поверхности раздела. Однако разрушение поверхности раздела в этих случаях вызвано, вероятно, различными причинами. До термической обработки прочность связи проволоки с матрицей недостаточна, чтобы противостоять данной поперечной нагрузке, но отжиг увеличивает ее. Однако после отжига большой продолжительности прочность поверхности раздела снижается из-за пористости диффузионного происхождения. Пористость может облегчать отделение волокна от матрицы вблизи поверхности раздела. Хотя зона диффузионной пористости находится снаружи исходной поверхности раздела, этот тип повреждения также связан с поверхностью раздела. Несмотря на отрицательное влияние пористости, предварительный отжиг должен в целом увеличивать прочность поверхности раздела, поскольку прочность композита при отжиге возрастает.

определяется в основном расщеплением проволоки, а не разрушением поверхности раздела, а при испытании под углом 45° разрушение носит сложный характер, но частично происходит по поверхности раздела. При испытании композита пр.и 1477 К разрушение по поверхности раздела лимитирует и поперечную прочность, и прочность, соответствующую углу нагружения 45°. Если поверхность раздела упрочнена предварительной термической обработкой, то прочность определяется расщеплением проволоки или разрушением в зоне диффузионной пористости вблизи поверхности раздела. Однако упрочнение поверхности раздела предварительным отжигом приводит к повышению прочности композита при внеосном нагружении.

онного взаимодействия происходит эрозия железного каркаса. Кроме того, растворение меди в чистом железе приводит к образованию диффузионной пористости. Ликвидировать эти нежелательные явления позволяет использование пористого каркаса и пропитывающего материала из сплавов, взаимонасыщенных при температуре пропитки (обычно 1373 - 1473К).

Растворение избыточных фаз обычно происходит при нагреве, когда растворимость компонентов друг в друге увеличивается. Мелкие включения растворяются раньше крупных. Растворение избыточной фазы связано с переходом атомов растворенного компонента через межфазную поверхность и с последующей диффузией их в растворе. Во многих случаях удаление растворенных атомов от межфазной поверхности скомпенсировано поступлением атомов растворителя, так что растворившаяся часть избыточной фазы имеет состав и плотность упаковки твердого раствора. Однако в общем случае потоки атомов могут быть и нескомпенсированными. Удаление, например, растворенных атомов при трансформации избыточной фазы в твердый раствор может происходить быстрее, чем доставка атомов растворителя в превращенную область. Подобная ситуация складывается в диффузионных парах многих металлов при изучении эффекта Киркендалла — Френкеля [148, 191, 367]. В таких системах атомы обоих металлов диффундируют с помощью вакансий и из-за различия парциальных коэ'ф-фициентов диффузии в легкодиффундирующем металле наблюдается усадка и порообразование [148]. Формирование диффузионной пористости возможно и в случае, когда растворенные атомы диффундируют по междоузлиям, а атомы растворителя — с помощью вакансий, т. е. значительно медленнее. Если в указанных случаях зарождение пор и не происходит, избыточные вакансии оседают на дислокациях и границах или формируют призматические петли дислокаций или тетраэдры дефектов упаковки. Рассмотренные факторы, наряду с образованием дефектов в связи с появлением концентрационных градиентов в диффузионной зоне, ведут к повышению плотности дислокаций. Таким образом, ! с процессами растворения избыточных фаз может быть свя

при изотермической и термоциклических обработках не одинакова. При изотермическом отжиге растворение графита не может сопровождаться формированием диффузионной пористости [30], так как поверхностное натяжение на межфазной границе раздела графита и металлической основы меньше удельной поверхностной энергии аустенита [2171. В^случае, когда обработка производится при меняющейся температуре, возможно образование пористости, а указанные энергетические ограничения отсутствуют.

Сведения о формировании диффузионной пористости при фазовых превращениях, сопровождающихся перераспределением компонентов между фазами, ограничены. Недостаток в убедительных экспериментальных данных объясняется отсутствием надежных методов выявления пористости. Обнаружение пористости сопряжено с определенными экспериментальными трудностями и пока является уделом микроскопии. Вследствие заполировывания и растравливания металла возможности оптической микроскопии невелики. Более надежную информацию, по-видимому, можно получить с помощью рентгеновской теневой микроскопии. Авторы работы [162] применили ее для исследования порообразования в сплаве АЛ27 в процессе кристаллизации и термической обработки. Они обнаружили, что во время термической обработки, при которой происходит растворение кристаллов Al3Zr, вблизи растворившихся включений возникали сферические поры диаметром, равным примерно 2 мкм. Авторы не изучили механизма порообразования при растворении Al3Zr, но высказали предположение, согласно которому причиной порообразования являются градиенты концентраций и напряжений, создающиеся при растворении избыточной фазы.

Растворно-осадительный механизм роста, приводящий к" необратимому увеличению объема вследствие развития диффузионной пористости, изучен применительно к графи-тизированным сплавам железа, никеля и кобальта. С углеродом указанные металлы образуют растворы внедрения и сильно различаются от него коэффициентами диффузии. Большое различие в диффузионной подвижности имеет место и в сплавах других металлов и неметаллов. Но при гермоциклировании этих сплавов, когда многократно повторяются процессы растворения и выделения избыточных фаз, накопление пор не обнаруживается. Число изученных систем невелико, но по крайней мере в микроструктуре термоциклированных твердых растворов на основе хрома и никеля, меди и титана, алюминия и меди, алюминия и кремния и некоторых других поры не выявлены. В указанных системах,компоненты образуют растворы замещения п в них реализуется вакансионный механизм диффузии.

при подэвтектических температурах обычно уплотнялись и это объяснимо, так как отжиг связан с растворением соединения СиА12 и гомогенизацией твердого раствора. Если изотермическая обработка производилась при надэвтек-тических температурах, то плотность уменьшалась, а в эвтектических образованиях, особенно в размещавшихся на границах зерен, выявлялись микропоры. Аналогичное влияние отжига на сплавы в твердо-жидком состоянии обнаружено и в других случаях. Большую роль в разрыхлении сплавов могут играть газы, в основном водород. Однако выше 500° С реакция Н + Н
Однако при нагревах до температур, лежащих выше точки плавления меди, в чугуне реализуется еще один механизм развития диффузионной пористости, основанный на различии парциальных коэффициентов диффузии меди и железа. В этом случае экранирующее влияние меди устраняется и медистый чугун растет интенсивнее безмедистого.

Окисление железа, кремния, марганца и других компонентов чугуна сопровождается увеличением объема. При образовании вюстита, например, объем увеличивается на 76%. По данным работы [365], окисление 1% Si ведет к росту объема чугуна на 3%. Поскольку окисление сопряжено с обезуглероживанием, изменение веса чугуна будет определяться развитием этих конкурирующих процессов. Объем чугуна при окислении возрастает и из-за развития диффузионной пористости. Рост вюститной фазы осуще-

4) вне температурно-временной области развития диффузионной пористости в паяном соединении -при его гомогенизации S(t, г)д.п: т. е. S(t, t)n*?S(t, т)д.„;
В приведенном случае пайки стали ОЗВД золотом последнее, диффундируя по большеугловым границам и в объеме зерен паяемого металла, вызывает образование дислокационной сетки, имеющей наибольшее развитие по границам зерен. Повышенная проницаемость границ зерен обусловлена, с одной стороны, повышенной диффузионной подвижностью самой границы зерен, с другой — возникновением вокруг границ зерна области с повышенной диффузионной проницаемостью.

диффузионной проницаемостью, если учитывать, что скорость диффузии

Возможно, что связи атомов кобальта, хрома, вольфрама с атомами железа в решетке аустенита больше, чем одноименные связи атомов железа. Известно также, что жаропрочность никеля и его сплавов возрастает в той же последовательности, в какой меняется энергия активации диффузии. В рассмотренных случаях, очевидно, определяющим может быть в результате легирования повышение прочности межатомной связи или образование фаз с очень малой диффузионной проницаемостью.

Коэффииценты диффузии многофазных сплавов определяются диффузионной проницаемостью фаз, границ зерен и межфазных поверхностей раздела; последние две составляющие пред-^тавляют особый интерес.

ми, обладающими наибольшей диффузионной проницаемостью (и наибольшей дефектностью), в двухфазной структуре являются границы фаз, находящихся близко к границам зерен. Известно, что в исследованном сплаве межфазные поверхности имеют наибольшую плотность дислокаций; в то же время в двухфазных сплавах границы зерен играют особую роль в генерировании дислокаций. Наблюдаемое распределение Ni63 после диффузия, яо-видимому, определяется этими двумя факторами.

полигонизованой субструктуры с весьма малой, как было установлено рентгеновским исследованием, разориентировкой: — 2,9-10"3 — 8,7-Ю-3 рад (10х—30'). Известно (см. гл. III), что преимущественная диффузия по границам зерен зависит от их взаимной ориентации [317]. Кроме того, как было показано ранее, в результате полиморфного превращения в титане наблюдается резкая сегрегация примесей. Электронномикроскопиче-ские исследования реплик, полученные с поверхности титана (ВТ-1), показали, что изображения границ пластин представляют собой довольно широкие области: от 0,1 до 3 мкм (рис. 157). По-видимому, они соответствуют областям кристалла, примыкающим к самим границам и обогащенным различными примесями. Сама граница (тонкая черная линия на снимке) разделяет кристаллы с различной ориентировкой. Такая область кристалла сильно легирована и отличается малой диффузионной проницаемостью.

Весьма сложен с точки зрения диффузии анализ гетерофаз-ных сплавов: фазовая граница обладает большей диффузионной проницаемостью, чем твердый раствор, а упрочняющая фаза, как правило, меньшей. Энергия активации диффузии во многих интерметаллидных фазах высокая, однако она все-таки часто бывает ниже, чем энергия активации ползучести (табл. 40) [364].

Благодаря высоким скоростям кристаллизации наплавленного металла при сварке и образованию вследствие этого тонкой разветвленной структуры ферритных включений, в отличие от грубых коагулированных выделений в отливках, степень влияния феррита на свойства металла швов больше, чем на свойства отливок. Уже при 8—10% феррита в структуре его выделения образуют в швах замкнутую пространственную сетку. С увеличением дисперсности феррита резко возрастает площадь межфазных поверхностей, обладающих высокой диффузионной проницаемостью и являющихся очагами различного рода фазовых превращений.

Кремнии существенно повышает жаростойкость в окисли-ельных средах а в атмосфере водяных паров его влияние незначительно Обра зующиися при введении кремния окисел имеет хорошую жаростойкость однако при наличии больших количеств кремния снижается температу ра спекания (tcn) окислов и температура их плавления При малых со держаниях кремния (до 4 %) окисел SiO2 не обнаруживается яо обра зуются силикаты с малой диффузионной проницаемостью Поэтому со держание кремния в жаростойких сталях ие превышает обычно 2—3 %, что позволяет понизить содержание хрома и никеля и обеспечить до статочный уровень жаростойкости

Пента'пласт Коричневое глянцевое 30—450 — -- — Образует химически стойкое с малой диффузионной проницаемостью покрытие, с повышенной адгезией, теплостойкостью и твердостью

Долговечность полимерных покрытий на металле в агрессивных средах зависит от их защитных свойств, определяющихся диффузионной проницаемостью для компонентов среды. Полан-М, как и другие полимеры, проницаем для летучих кислот. Нами изучены защитные свойства этого покрытия на углеродистой стали в соляной, плавиковой и сернистой кислотах при 25 и 60°С.

Футеровки из листов пентапласта толщиной 1—3 мм (размером 1500 X 2000 мм) следует применять только в тех случаях, когда техническая и экономическая целесообразность их использования достаточно убедительно доказана. Этот химстойкий материал с пониженной диффузионной проницаемостью, способный эксплуатироваться при 120—130°С, обладает существенным недостатком — низкой морозостойкостью и хрупкостью при 15— 25°С.

Рекомендуем ознакомиться:
Диффузионных ограничений
Диффузионным переносом
Диффузионная пористость
Давлением нагнетания
Диффузионное приближение
Диффузионного механизма
Диффузионного сопротивления
Диффузионно кинетический
Диффузного излучения
Дифракционными решетками
Диктуется требованиями
Динамическая характеристика
Динамическая прочность
Динамические деформации
Дальнейшей переработке

Меню:

Главная страница Термины