Вопросы для самоконтроля

1. Что такое деформация?

2. Чем определяется большая или меньшая способность к пластическому деформированию?

3. Что такое элементарный акт сдвига?

4. Почему прочность реальных кристаллов ниже теоретической прочности кристалла?

5. Что лежит в основе упрочнения металла при помощи деформации?

6. Что мешает движению дислокаций в кристалле?

7. Чем отличается деформация монокристалла от поликристалла?

8. От каких факторов зависит процесс деформирования двухфазных сплавов?

9. Как называется процесс зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения, в результате которого образуются равноосные зерна?

10. Как называется стадия возврата, при которой уменьшается количество точечных дефектов, в основном вакансий?

11. Как называются все изменения тонкой структуры и свойств, которые не сопровождаются изменением микроструктуры деформированного металла, то есть размер и форма зерен не изменяются?

12. Как называется процесс формирования субзерен, разделённых малоугловыми границами. Эти субзерна практически не содержат дислокаций.

13. За счет чего при полигонизации уменьшается плотность дислокаций?

14. В чем значение полигонизации?

15. Чем отличается предкристаллизационная полигонизация от стабилизирующей?

16. Какие условия необходимы для стабилизирующей полигонизации?

Глава 8. Диффузия в металлах и сплавах

Диффузия – перенос вещества, обусловленный беспорядочным тепловым движением диффундирующих частиц.

Основными типами движения при диффузии в твёрдых телах являются случайные периодические скачки атомов из узла кристаллической решётки в соседний узел или вакансию.

Не зависящие от температуры колебания атомов вокруг положения равновесия обычно происходят с частотой ~ 10¹³с^-1.

8.1. Вывод первого уравнения Фика на основе атомной диффузии

Первое уравнение Фика позволяет определить суммарный поток j атомов через единицу поверхности в единицу времени между двумя соседними плоскостями кристаллов решётки, расположенной на расстоянии Δ (рис.8.1).

0. Рис.8.1. Суммарный поток j атомов через единицу поверхности

1. В единицу времени между двумя соседними плоскостями 1 и 2 кристаллов решетки,

2. Расположенных на расстоянии ∆

Число скачков атомов в двух противоположных направлениях равновероятно, подставим в уравнения встречных потоков атомов ½:

,

где - концентрация атомов в плоскости 1 и 2 кристаллической решётки, соответственно, ат/м³, - среднее время между скачками атомов С.

Тогда суммарный поток атомов:

(8.1)

По теореме Лагранжа о среднем

(8.2)

Подставив уравнение (6.2) в (6.1), получим:

(8.3)

где

Коэффициент пропорциональности D называют коэффициентом диффузии.

Знак (-) в уравнении обозначает, что в рассматриваемом случае суммарный поток j и градиент концентрации вещества направлены противоположно, т.е. диффузия идёт в сторону меньших концентраций.

Иногда вводят понятие частоты атомных скачков:

Так как за время число скачков , то для двух направлений оси х

Для реальной 3-х-мерной кристаллической решётки (6 направлений осей x, y, z):

Пусть - частота скачков атома в один из ближайших узлов кристаллической решётки данного типа. Тогда суммарная частота атомных скачков ,

где К – координационное число или число ближайших равноудалённых атомов, а коэффициент диффузии

Вблизи температуры плавления атом совершает диффузные скачки в среднем 10 млн раз в сек ( = 10⁷ с^-1).

Согласно А. Эйнштейну, диффузионный путь атома

,

а общее расстояние, которое он проходит за время

Принимая для и вблизи t° _пл. Δ ≈ 0,3 нм, Г=10⁷с^-1 получаем, что за 100 часов (360000 с) диффузии , а

. При этом атом смещается от исходного положения на 0,57 нм.

Коэффициент диффузии зависит от температуры:

где - предэкспоненциальный множитель, который при самодиффузии в металлах изменяется от 10^-6 до 10^-4 м²с.

Q – энергия активации диффузии.

где -универсальная газовая постоянная, равная 8,31441 Дж/(моль К), R=KN_A

N_A - число Авогадро = 6,022045*10²³моль^-1.

Энергия активации Q различных металлов изменяется от 100 до 600 кДж/моль.