книги из ГПНТБ / Процессы взаимной диффузии в сплавах

примере исследования влияния пластической деформации на взаимную диффузию в парах меди и никеля было установлено следующее:

1. Зависимость ширины диффузионной зоны от степени пред­ варительной деформации представляет собой кривую с максиму­ мом при 50%-ном наклепе.

2. При одинаковой степени деформации максимальная шири­

от степени деформации на 30—50% по сравнению с недеформированным образцом.

4. При предварительной пластической деформации диффузия протекает в условиях рекристаллизации и лимитируется ею (по этой причине максимальное увеличение ширины зоны наблюдает­ ся при 50%-ной деформации).

В работе Пинеса и Сиренко [195] было показано, что парабо­ лический закон роста ширины диффузионной зоны в зависимости от времени выполняется строго лишь для недеформированных образцов. Для остальных пар (разные комбинации деформиро­ ванных и недеформированных исходных металлов) параболиче­ ский закон роста в начале процесса явно нарушен и восстанав­ ливается лишь на более поздних стадиях процесса взаимной диффузии.

По данным цитированных выше работ заметно довольно зна­ чительное влияние предварительной пластической деформации образцов на взаимную диффузию, и для проведения опытов в условиях, максимально приближенных к условиям квазиравно­ весности, следует свести к минимуму появление наклепа на по­ лированных образцах. Этого можно добиться, например, путем восстанавливающего отжига после грубой шлифовки.

В заключение обратим внимание еще на один фактор, кото­ рый в известных случаях может влиять на процессы диффузии вообще (и, в частности, на взаимную диффузию). Из общих физических соображений ясно, что при наличии достаточного количества стоков и источников, которыми могут служить дисло­ кации, границы зерен и другие структурные нарушения, процес­ сы релаксации концентрации вакансий происходят быстрее, чем процесс диффузии. Однако существуют условия, при которых это не совсем так. Из теоретических работ Шлипфа [42, 43], например, следует, что в некоторых условиях эффект Киркендал­

пластической деформации. Подобные предположения о роли неравновесных концентраций вакансий высказывались и в дру­ гих теоретических работах.

Однако наиболее важными сточки зрения экспериментально­ го исследования диффузии являются, по-видимому, следующие

процессы диффузии в образцах с большим исходным размером зерна (достигающим нескольких миллиметров). Вместе с тем, ясно, что при этом уменьшается количество стоков и источни­ ков, требуемых для быстрого процесса релаксации в распределе­

достигать нескольких часов. Поэтому, хотя сейчас мы распола­ гаем лишь очень скудной информацией по этому вопросу, при постановке экспериментов по диффузии и интерпретации резуль­ татов следует учитывать также приведенные выше соображения, которые, быть может, в некоторых особых случаях приобретают первостепенное значение.

Глава VI

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ВЗАИМНОЙ ДИФФУЗИИ В БИНАРНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

§ Ї. Введение

Экспериментальные исследования по взаимной диффузии посвящены главным образом изучению изменения состава в пре­ делах диффузионной зоны. Главная цель такого изучения заклю­ чается в определении основного параметра процесса взаимной диффузии — коэффициента взаимной диффузии, который харак­ теризует быстроту изменения состава в пространстве и времени. Кроме того, часто ставится задача определения также парциаль­ ных коэффициентов диффузии компонентов, которые, как было

непрерывные ряды твердых растворов замещения во всей обла­

растворов начали уделять заметное внимание также вопросам со­ ответствия данных о предельной растворимости в диффузионной зоне и в равновесных сплавах по диаграмме состояний [150].

В работах по взаимной диффузии, сопровождающейся обра­ зованием слоев промежуточных фаз (реакционная диффузия), основное внимание уделяется определению состава образовав­ шихся фаз и скоростей их роста, причем до последнего времени скорость роста данной фазы находили, как правило, по величине некого среднего коэффициента взаимной диффузии в данной фа-

зе, полагая, что D в пределах фазы или совсем не меняется, или меняется очень незначительно. Однако, например, в работе [204] показано, что подобное допущение может оказаться слишком грубым, так как в некоторых случаях D B пределах фазы изменя­ ется более чем в 20 раз.

В настоящей главе мы рассмотрим экспериментальные резуль­ таты исследования концентрационной зависимости D в бинарных металлических системах неограниченных и ограниченных твер­

прикладной характер или недостаточно полных. Системы с не­

Особо выделены также системы с критической точкой расслое­ ния, для которых концентрационная и температурная зависи­ мости коэффициента взаимной диффузии имеют свои специфи­ ческие особенности. В заключение главы обсуждаются некоторые

новили, что при диффузии в системе Си—№ при 1025° С [£> возрастает более чем в 10 раз при переходе от сплавов, богатых никелем, к сплавам с большим (более 95%) содержанием меди. Аналогичное концентрационное изменение D было найдено Еделе в системах Au—Ni, Аи—Pd и Au—Pt [206]. Эксперимен­ тальные данные о распределении концентрации элементов в зоне диффузии, полученные в этих работах, были несколько позд­

существенно больше обнаруженного авторами работ [205, 206].

Их результаты и результаты расчетов Матано [136, 207] для всех четырех систем — Си—Ni, Au—Ni, Аи—Ра и Au—Pt —

приведены на рис. 6.1. На нем хорошо видна еще одна особен­ ность концентрационной зависимости коэффициента взаимной диффузии в этих системах: D возрастает по мере увеличения со­ держания легкоплавкого компонента (Си в системе С и — N i , Айв системах Au—Ni, Au—Pd и Au—Pt). Аналогичная особенность

тить, что при переходе от тугоплавкого металла к более легко­

применявшими различные методы получения концентрационных

данные разных авторов отличаются друг от друга более, чем на 50% для сплавов с содержанием никеля, превышающим 40 ат.%; однако общий характер изменения D везде одинаков: слабая зависимость D от концентрации для сплавов с содержанием меди менее 60 ат. % и дальнейшее резкое его возрастание при увели­ чении содержания меди от 60 до 100 ат. %. Хотя авторы отдель­

Взаимная диффузия в системе Fe—Ni исследовалась в целом ряде работ, причем, как и в случае системы Си —Ni, наряду с давно проведенными исследованиями [213, 214], опубликовано несколько работ, выполненных в 1965—1969 гг. с применением для получения концентрационных кривых метода локального рентгеноспектрального анализа [24, 171, 209, 215—218]. Резуль­ таты этих работ для нескольких температур приведены на

рис. 6.4. Согласно более ранним данным [213, 214] D возрастает по мере увеличения содержания никеля до 75—80 ат. %; при большем его содержании эти авторы считали величину/) посто­ янной. Более поздние исследования [24,171,209,215—218] дают аналогичный ход D(c) в интервале концентраций 0—75 ат . % Ni;

Рис. 6.4. Концентрационные зависимости D в системе Fe — Ni.

при 75—85 ат. % Ni коэффициент взаимной диффузии проходит через максимум, а затем его значение несколько уменьшается.

вующего минимума на диаграмме плавкости системы Fe—Ni (см. ни­ же рис. 6.14, а). Таким образом, для системы Fe—Ni характерна отмеченная ранее особенность концентрационнной зависимости коэффициента взаимной диффу­

зии— возрастание по мере увеличения концентрации более легко­ плавкого компонента. Однако в этой системе связь с диаграммой плавкости прослеживается глубже: концентрационный ход D(c)

зависимости коэффициентов взаимной диффузии, так и по их ве­

В работах [215, 217] исследования концентрационной зави­ симости D в системе Fe—Ni выполнены как между чистыми металлами, так и между близкими по составу сплавами. При этом было установлено, что при температурах выше 1200° С дан­ ные не зависят от состава диффузионной пары, а при более низ­ ких температурах значения D, полученные на диффузионных па­ рах металл — металл всегда больше, чем на парах из сплавов близких концентраций (рис. 6.6, а). Аналогичный эффект наблю­ дался в системах Au—Ni [118] (рис. 6.6), а также в системах Nb—V, Nb—Ті, Mo—Ті [224] (см. ниже рис. 6.21, 6.23, 6.24).

а — система Fe — Ni, б — система Au — Ni.

Причиной подобного завышения значений D при диффузии между чистыми металлами авторы [118, 215] считают большую разницу молярных объемов чистых металлов, приводящую к образованию в зоне диффузии избытка вакансий и облегченных путей диффузии. При высоких температурах (1200° С и выше для системы Fe—Ni) нестабильные дефекты быстро релаксируют и разница в D для диффузионных пар различного состава исчезает. Однако более правильным будет отнести наблюдае-