Диффузионное приближение

этом постепенно в приповерхностных слоях металла создается высокая концентрация дислокаций и дефектов упаковки и образуется своеобразный потенциальный барьер, препятствующий дальнейшему выходу дислокаций на поверхность. Кроме того, происходит диффузионное перемещение части примесных атомов к поверхности, где они служат активными центрами закрепления дислокаций, группирующихся в малоподвижные атмосферы. Вместе с тем под воздействием циклических деформаций и хемомеханического эффекта в "запертом" объеме металла интенсивно формируются новые пачки скольжения и плоские дислокационные скопления, что приводит к резкому повышению уровня микроискажений кристаллической решетки в интервале 2-4 тыс. циклов. После очередной полосы релаксационных процессов и спада уровня микроискажений достаточно лишь незначительное его повышение, чтобы образовавшиеся ранее субмикротрещины развились в микро-, а затем в макротрещины и произошло разрушение.

Как осуществляется диффузионное перемещение атомов?

Такой характер изменения ч. з. и с. р. в зависимости от степени переохлаждения объясняется следующим. С повышением степени переохлаждения разность свободных энергий жидкого и твердого металлов А/7 (см. рис. 16) возрастает, что способствует повышению скорости кристаллизации, т. е. скорости образования зародышей и их роста (рис. 22). Однако для образования и роста зародышей требуется диффузионное перемещение атомов в жидком металле.

При турбулентном потоке жидкости или газа (Ке>НекрИт) на стенках канала (трубы) неподвижный слой жидкости исчезает, так как на стенках канала появляются вихри. Следовательно диффузионное перемещение реагента к твердой стенке, ограничи вающей поток вещества, заменяется вихревым переносом и ско рость химической реакции значительно возрастает.

дом из основных металлов. При этом в результате теплового воздействия имеет место диффузионное перемещение углерода из основного металла в шов. Характерно, что тепловым воздействием может быть сварка, термообработка, эксплуатация при повышенных температурах и т. д. Во всех случаях вблизи границы сплавления образуются мягкая (обезуглероженная)прослойка и прослойка с повышенным содержанием карбидов — твердая прослойка.

Опыты показывают [16], что в процессе высокотемпературного наклепа обрабатываемой стали деформация локализуется по границам аустенитных зерен, что приводит к их искажению и, как следствие, к изменению конфигурации границ (фиг. 11, а) — возникновению характерной зубчатости [13, 81] с периодом чередования зубцов и их амплитудой порядка десятков микрон (фиг. 11,6). Такое специфическое строение границ зерен после ВМТО связывается [13, 72, 87] с влиянием блочной структуры аустенитного зерна, возникающей в результате деформирования при высоких температурах, и объясняется взаимодействием сдвигового механизма и диффузионного перемещения границ зерен. При этом процесс сдвигообразования, проходящий по сравнительно небольшому числу плоскостей скольжения, приводит к первоначальному раздроблению зерна на блоки с выходом плоскостей скольжения на поверхность зерна (начало искажения границ), а последующее диффузионное перемещение элементов такой сегментированной границы приводит к развитию зубчатости. Этому же способствует анизотропность перемещения элементов искаженной границы [13], поскольку процесс сдвигообразования способствует нарушению единообразной взаимной ориентации сопрягающихся кристаллических решеток.

дом из основных металлов. При этом в результате теплового воздействия имеет место диффузионное перемещение углерода из основного металла в шов. Характерно, что тепловым воздействием может быть сварка, термообработка, эксплуатация при повышенных температурах и т. д. Во всех случаях вблизи границы сплавления образуются мягкая (обезуглероженная)прослойка и прослойка с повышенным содержанием карбидов — твердая прослойка.

При температурах выше 0,5Т„п значительная часть пластической деформации может осуществляться за счет проскальзывания по границам зерен, что обусловлено усилением процессов диффузии (объемной, зернограничной, трубочной), причем диффузионное перемещение

По-видимому, в процессе обезуглероживания происходит не только диффузионное перемещение углерода в феррите, но и перенос продуктов реакции по некоторым каналам объема зерен перлита к их границам. Поскольку известно, что реальное зерно представляет собою как бы своеобразную мозаику, то возможно, что границы блоков могут являться теми путями, по которым^ продукты реакции будут поступать из внутренних объемов к границам зерен. Можно предположить при этом, что в первые моменты реакции внутри зерен образуется не метан, а непредельные углеводороды типа СН, молекулы которых имеют размеры, меньше чем метан, что и позволяет им свободно перемещаться по границам блоков. При выходе к границам зерен, где имеется избыток водорода, они гидрируются до метана. Если придерживаться такой точ -ки зрения, то становится понятным алияние давления и температуры на- процесс обезуглероживания.

Исследование диффузии в металлах. Диффузионное перемещение атомов представляет собой процесс, лежащий в основе многих структурных изменений, наблюдаемых в металле. Скорость фазовых превращений при термич. обработке, неравновесные состояния, в к-рых обычно находятся применяемые в эксплуатации сплавы, и устойчивость неравновесных состояний зависят от диффузионной подвижности. От подвижности атомов зависит поведение сплавов под нагрузкой и в условиях высоких темп-р.

Чем больше скорость образования зародышей и их роста, тем быстрее протекает процесс кристаллизации. При равновесной температуре кристаллизации Г„ число зародышей и скорость роста равны нулю, и поэтому кристаллизация не происходит (рис. 24). При увеличении степени переохлаждения скорость образования зародышей и скорость их роста возрастают, при определенной степени переохлаждения достигают максимума, после чего снижаются. С увеличением степени переохлаждения скорость образования зародышей, а следовательно, и их число возрастают быстрее, чем скорость роста. Такой характер изменения 43 и СР в зависимости от степени переохлаждения объясняется следующим. С повышением степени переохлаждения разность энергий Г'иббса жидкого и твердого металлов AGV возрастает, что способствует повышению скорости кристаллизации, т. е. скорости образования зародышей и их роста (рис.24). Однако для образования и роста зародышей требуется диффузионное перемещение атомов в жидком металле. В связи с этим при больших степенях переохлаждения (низких температурах) вследствие уменьшения скорости диффузии образование зародышей и их рост затруднены. Вследствие этого число зародышей и скорость их роста уменьшаются. При очень низких температурах (большой степени переохлаждения) диффузионная подвижность атомов столь мала, что большой- выигрыш объемной энергии Гиббса при кристаллизации AGy оказывается недостаточным для образования кристаллических зародышей и их роста (43 --- О, СР -- 0). В этом случае после затвердения должно быть достигнуто аморфное состояние.

Глава пята я Диффузионное приближение

Применительно к решению теплотехнических вопросов диффузионное приближение нашло свое дальнейшее развитие ]в работах Г. Л. Поляка [Л. 51] и С. Н. Шорина [Л. 25, 68]. В своих исследованиях оба автора исходят из более общих позиций, не делая (как Росселанд) допущения о приближении к термодинамическому равновесию между средой и излучением. В (Л. 51] диффузионное выражение вектора потока излучения представлено в виде градиентной формулы от сферической поверхностной плотности излучения (E° = cU/4). Автор сформулировал в общем виде граничные условия к диффузионному приближению и решил с его помощью ряд конкретных задач радиационного теплообмена.

Автор дал приближенный анализ влияния анизотропии поля излучения на коэффициенты переноса в диффузионных уравнениях, провел расчеты интегральных коэффициентов поглощения для реальных топочных сред и использовал диффузионное приближение для решения ряда задач радиационного теплообмена в неподвижной и движущейся среде. В дальнейшем совместно с другими исследователями [Л. 27, 69] С. Н. Шориным была предпринята экспериментальная проверка справедливости формул диффузионного приближения на световых моделях с ослабляющей средой.

Из формулы (5-5) становится очевидным, что диффузионное приближение для вектора потока излучения с постоянным коэффициентом переноса может быть получено в том случае, если А будет сохранять постоянное значение. Это условие выполняется тем точнее, чем больше оптическая плотность среды и чем ближе система будет находиться к состоянию термодинамического равновесия.

5-2. Диффузионное приближение для спектрального излучения

Таким образом, при больших оптических толщинах диффузионное приближение оказывается весьма удоб-154

5-3. Диффузионное приближение для полного излучения

Однако диффузионное приближение является более широким методом по сравнению с приближением радиационной теплопроводности, поскольку оно не исходит из необходимости выполнения условия локального радиационного равновесия. Поэтому оба эти приближения не следует смешивать. Приближение радиационной теплопроводности рассмотрено и использовано в [Л. 17, 22, 29, 64, 70, 86, 346].

Решение поставленной задачи с помощью диффузионного приближения, если принять Lxx=i/3a я т = 2 {см. (6-37)], как видно из рисунков, вполне удовлетворительно совпадает .с численным решением и с результатами тензорного приближения во всем диапазоне оптических толщин слоя Д, но в точности совпадает с ними в области больших значений Д. Это обстоятельство еще раз подтверждает тот факт, что диффузионное приближение дает хорошие результаты именно при больших оптических толщинах слоя.

Система уравнений, описывающая поставленную задачу, может быть составлена исходя из любого рассмотренного в ч. 2 дифференциального приближения. Все приближения приводят в конечном счете к одному и тому же нелинейному дифференциальному уравнению, которое для каждого приближения отличается лишь видом осреднения интенсивности излучения, фигурирующего в различных функционалах. Применительно к рассматриваемой задаче было использовано диффузионное приближение, как наиболее близко увязывающееся с процессом молекулярной теплопроводности.

Глава пятая. Диффузионное приближение......142