Большая техническая энциклопедия
2 4 7
D L N
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
СА СБ СВ СГ СД СЕ СЖ СИ СК СЛ СМ СН СО СП СР СТ СУ СФ СХ СЦ СЧ СШ СЪ СЫ СЭ СЮ

Сегрегация - примесь

 
Сегрегация примеси на дислокациях и межблочных границах облегчается при интенсивных соударениях кристаллов.
Сегрегация примеси вблизи дефектов широко используется для декорирования дислокаций и межкристаллитных границ, для выявления трехмерных включений и отрицательных кристаллов. Если структура кристаллов устойчива, то декорирование осуществляют при их диффузионном отжиге в среде, содержащей примесь.
Варианты экстракцион-но-кристаллизационного концентрирования. Сегрегация примеси при ЭКК зависит от эффективных коэффициентов распределения примеси между твердой фазой и расплавом ( / с CS / CL) и между жидким экстрагентом и расплавом ( k Cex / Ci. Для всех вариантов ЭКК влияющим параметром является относительная масса экстрагента, т.е. отношение масс экстрагента и анализируемого вещества т при условии постоянства поперечных сечений экстракта и слитка.
Распределение примеси в жидкой ( 1 и твердой ( 2 фазах в начальной стадии направленной кристаллизации при диффузионном переносе. Сегрегация примеси в данном случае довольно значительно отличается от сегрегации в условиях полного перемешивания.
Сегрегация примесей может рассматриваться как процесс, предшествующий их выделению из решетки в виде отдельной фазы. Поскольку мы имеем дело с твердым раствором примесей в кристалле, то часто говорят об осаждении их на дислокациях.
Сегрегация примесей часто приводит к тому, что головная часть слитка непригодна для глубокой вытяжки. На качество поверхности толщина кипящего слоя не оказывает отрицательного влияния. Поэтому у кипящей стали, химически раскисленной, поверхность не ухудшается.
Сегрегация примесей при кристаллизации может быть причиной образования смежных слоев состава с несколько различающимися межатомными расстояниями. Это различие вызывает появление упругих напряжений. При определенной разнице в межатомных расстояниях соседних слоев энергетически выгодным может стать их сопряжение путем возникновения дислокаций на границе между соседними слоями.
Сегрегация примесей на границах ( рис. 97, б) различна для мало - и болыпеугловых границ, свидетельствуя о различии в структурах этих границ.
Сегрегация примесей при диффузионном переносе довольно существенно отличается от сегрегации в условиях полного перемешивания.
Сегрегация примеси на границе зерен может существенно изменить ее структуру и, следовательно, подвижность. В свою очередь недостатком подобных концепций является приложение представлений макроскопической диффузионной кинетики к описанию флуктуационных процессов, затрагивающим несколько атомов.
Степень сегрегации примеси при направленной кристаллизации существенно зависит от условий перемешивания расплава.
Исследования сегрегации примесей на большеугловых границах зерен показывают, что даже в весьма чистых материалах концентрация примеси на границе еще заметна.
Картины атомной релаксации, возникающей вокруг атома, растворенного ( а в объеме и ( Ь на поверхности матрицы растворяющих атомов. ( С любезного разрешения Абрахама и Брандла, 1981.
Имеет место сегрегация неметаллических объемных примесей, которые могут изменить наблюдаемые поверхностные концентрации элементов сплава.
Структура участков радиальных сечений слитка с принудительным перемешиванием расплава ( 1 - центральная часть сечения, 2 - периферийная и без принудительного перемешивания ( 3 - нижняя часть сечения. 4 - верхняя. Сравнивая результаты по сегрегации примеси в неподвижном контейнере и структурную картину по сечению слитка, наблюдаем то же соответствие.
Учет подобного влияния сегрегации примесей по границам зерен на образование и рост интеркристаллитных трещин имеет особенно большое значение при обеспечении технологической прочности и пластичности сталей, которые в процессе производства оборудования неоднократно подвергаются нагревам в.
Концентрационный профиль зерно-граничной сегрегации примесей в сплавах железа ( 48 ]. Получен по совокупности данных для разных примесей ( Р, Sb, Sn в легированных сталях и сплавах на основе железа. Именно поэтому данные о сегрегации примесей по границам зерен в аустенитной области привлекают, как правило, только для трактовки таких явлений как необратимая отпускная хрупкость [57-59] и задержанное разрушение [60-62], в случае которых стали не подвергаются высокому отпуску и образовавшееся при нагреве под закалку распределение примесей не изменяется.
Контур Бюргерса вокруг дислокации ( о и эквивалентный контур в совершенном кристалле ( б. Ь - вектор Бюргерса. Способствуют образованию дислокаций и сегрегации примесей. В затвердевшем металле дислокации могут возникать в результате скопления вакансий. Термическая обработка и особенно пластическая деформация существенно изменяют плотность дислокаций, что в свою очередь влияет на многие свойства металлов.
Для непосредственной оценки степени сегрегации примеси по границам ячеек был использован однозондовый метод измерения удельного сопротивления. Как видно из рис. 5.13 ( см. выше), распределение удельного сопротивления по образцу носит периодический характер. В области границ ячеек удельное сопротивление минимально. Расстояние между впадинами на кривой распределения удельного сопротивления практически равно ширине ячеек, определенной при металлографическом исследовании образцов.
Другое усложнение связано с возможной сегрегацией охрупчиваю-щих примесей на межфазных границах ( карбид - матрица) включений, расположенных на границах зерен. Однако теоретическое описание закономерностей сегрегации примесей на таких границах в настоящее время отсутствует. Вполне возможно, что идеи о конкуренции и косегрегации могут быть использованы и для описания этого эффекта, что, в свою очередь, может оказаться важным для понимания механизма межзеренного разрушения стали в состоянии отпускной хрупкости.
Зависимость ki от скорости вращения мешалки w для примеси сульфатов в Csl при g 0 95. Как видно из таблицы, сегрегация примесей зависит от рабочей температуры, поддерживаемой в холодильной камере.
Расположение дислокаций, образующихся вследствие сегрегации примесей, обусловленной ячеистой структурой поверхности раздела, показано на фиг.
К объемным дефектам относятся дислокации и сегрегации примесей и различных включений.
Для сплава с дендритным строением кристаллитов сегрегация примесей по границам кристаллитов приближается к сегрегации по границам дендритов, из которых состоят кристаллиты. Сплав с таким строением имеет увеличенную по сравнению с ячеистым пластичность в интервале твердо-жидкого состояния, поскольку резко измельчается размер элементов, участвующих в перемещениях. Деформация в этом случае протекает не только по границам кристаллитов, но и по границам дендритов. При этом типе затвердевания устраняется также ориентирующее действие подложки.

Одной из причин охрупчивания может быть сегрегация примесей на границах зерен, обусловливающая меж-кристаллитное ( межзеренное) хрупкое разрушение. Эта причина характерна для многослойных сварных соединений некоторых легированных сталей, подверженных отпускному охрупчиванию.
Травители, действие которых основывается на сегрегации примесей вблизи дислокаций, обычно менее чувствительны к ориентации поверхности кристалла.
В работе [23] была рассмотрена модель приповерхностной сегрегации примесей ( обогащение или обеднение), учитывающая взаимодействие атомов примеси с потоком вакансий, для которых свободная поверхность служит стоком или источником.
Тормозящая сила Fs, связанная с сегрегацией примесей, вызвана примесными атомами, находящимися в твердом растворе, которые адсорбируются на фронте рекристаллизации.
Выдвигается также предположение, согласно которому помимо сегрегации примесей, развитию МКК может способствовать высокая плотность дислокаций на границах зерен, что приводит к ухудшению за.
Области протекания процессов рекристаллизации и выделения. В интервале / на рекристаллизацию влияет только сегрегация примесей; выделения отсутствуют. В интервале / / на рекристаллизацию влияет только сегрегация примесей; процессы выделения происходят лишь после завершения рекристаллизации. В зоне II ] выделяющиеся частицы оказывают влияние как на перераспределение дислокаций, образующих фронт рекристаллизации, так и на перемещение этого фронта.
Вместе с неоднородностью состава, вызванной явлениями сегрегации примесей, в кристаллах наблюдаются локальные неоднородности, и в частности, значительные колебания сопротивления по поперечному сечению, или неравномерность распределения примесей по радиусу кристалла. Выявление закономерностей возникновения неоднородности такого вида представляет исключительные трудности. Часто их появление связывают с колебаниями температуры в системе, механическими вибрациями, непостоянством скорости вытягивания и др. Большинство отмеченных факторов обусловлено несовершенством современного оборудования кристаллизационных установок. Поэтому устранение локальных неоднородио-стей в значительной мере должно зависеть от технического усовершенствования печей для выращивания монокристаллов.
Авторы работы [125] определенно указывают на развитие сегрегации примесей ( фосфора) по границам зерен и раздела фаз выделение - феррит во внутренних объемах зерей. Таким образом, сдвиг температуры вязко-хрупкого перехода после облучения вызван действием трех механизмов радиационного охрупчивания: упрочнением матрицы, образованием зернограничных и внутрезеренных сегрегации.
Полученные в последние годы данные показывают, что зерногранич-ная сегрегация примесей при развитии отпускной хрупкости приводит не только к снижению вязкости разрушения стали и повышению температуры хрупко-вязкого перехода, но и значительно повышает склонность к другим видам охрупчивания, существенным для условий производства и эксплуатации энергетического, металлургического, химического, машиностроительного и другого оборудования. Речь идет о склонности стали к водородной хрупкости и межкристаллитной коррозии под напряжением, межкристаллитному растрескиванию при повышенных температурах, например, при ползучести, в процессе сварки или поелесварочной термической обработки, наконец, к охрупчиванию при усталостном нагружении.
Получен ряд результатов, позволяющих судить о природе зерногра-ничной сегрегации примесей. В первую очередь это относится к определению концентрационного профиля сегрегации. Значительная часть избыточной концентрации примеси сосредоточена в ближайших к поверхности межзеренного излома двух-трех атомных слоях.
В области физико-химических явлений, определяющих равновесную зерногран ичную сегрегацию примесей и легирующих элементов при развитии отпускной хрупкости важнейшей задачей является экспериментальное определение концентрации углерода, находящегося в твердом растворе на границах зерен. Только после дальнейшего развития методики таких измерений ( см. например [15, 124, 164] станет возможным изучение закономерностей взаимодействия легирующих элементов с углеродом на границах и описание этого взаимодействия в рамках наиболее полно развитых в настоящее время моделей обратимой отпускной хрупкости - косегрегации и конкуренции.
Хрупкое межзеренное разрушение ОЦК-металлов связывается; обычно с сегрегациями примесей или пленочными выделениями, ослабляющими межзеренное сцепление и понижающими поверхностную энергию границ.
Анализ основных результатов исследования прямыми методами равновесной зерногранич ой сегрегации примесей в сплавах показал [135], что серьезные экспериментальные основания для применения к описанию зернограничной сегрегации изотермы пол и молекулярной адсорбции ( например, типа БЭТ) в настоящее время отсутствуют.
Sb, Sn) и легирующих элементов, причем сегрегация примесей является непосредственной причиной охрупчивания, а сегрегация легирующих элементов усиливает сегрегацию примесей.

Если в кристалле в процессе роста образуются микроскопические области сегрегации примеси, тогда вследствие различия периодов решетки материала в областях сегрегации и в остальном объеме кристалла вдоль пограничных поверхностей этих областей будут возникать дислокации, при условии, что напряжение а, обусловленное различием периодов, будет больше ау.
В ряде работ Оста и др. [430], образование неравновесной сегрегации примесей поч-раницам зерен связывают с возникновением в пограничной зоне потока вакансий при установлении равновесной их концентрации. Если же в свинец одновременно вводили две добавки, одна из которых повышает ( золото), а другая понижает ( медь) микротвердость, то изменения твердости вблизи границы не наблюдали. Методом авторадиографии было показано, что сера концентрируется по границам зерна бикристалла никеля.
Неоднородность, получающаяся в результате процесса кристаллизации, обусловливается сегрегацией примесей, в особенности вредных примесей-серы, фосфора и кислорода.
Наиболее убедительно это следует из данных об интеркристаллитном охрупчивании и сегрегации примесей на границах зерен в сталях, структура которых после закалки из 7 бласти была практически полностью рекристаллизована в процессе длительного высокого отпуска [56], т.е. при последующей охрупчивающей обработке границы бывших аустенитных зерен уже не существовали, а имелись только границы феррит - феррит. Не менее убедительны и уже упомянутые данные [3] о развитии обратимой отпускной хрупкости и зернограничной сегрегации фосфора в сплаве Fe - Si, представляющем собой феррит как в области высокотемпературного нагрева при предварительной обработке, так и в области изотермических выдержек при охрупчивающей обработке.
Морфология фронта кристаллизации тонких слоев CdSb, легированных 0 05 ат. % Se. Такая предпосылка нодтверждается результатами работы [8], в которой исследовалась сегрегация примесей в капиллярах без принудительного перемешивания.
Прочность и порог хладноломкости сталей 40ХМФ и 17ГС в зависимости от температуры отпуска. Отпуск в интервале температур 550 - 650 С приводит к сегрегации примесей по границам зерен и к выделению избыточных фаз, на что чувствительно реагирует положение порога хладноломкости и обычно ударная вязкость. Выдержка в указанном интервале температур, медленное охлаждение способствует развитию этого вида отпускной хрупкости. Следовательно, критерием чувствительности к отпускной хрупкости является показатель АТ6о - разница в положении Тм охрупченной и иеохруп-чениой стали.
Схема развития деформаций ( е и изменения деформационной способности ( пластичности Я сплавов в темпе ратурном интервале хрупкости ( ТИХ. Установлено, что при затвердевании сплавов с сохранением плоской межфазной поверхности сегрегация примесей на границах кристаллитов практически отсутствует, что приводит к весьма малой величине интервала твердо-жидкого состояния. Сплав с ячеистым строением кристаллитов имеет крупнокристаллическое строение и максимальную концентрацию примесей на границах кристаллитов, что вызывает минимальную пластичность сплавов в твердо-жидком состоянии и максимальный интервал температур этого состояния.
Две наиболее актуальные гипотезы о природе обратимой отпускной хрупкости - модели совместной сегрегации примесей и легирующих элементов и конкурентной сегрегации примесей и углерода - на первый взгляд кажутся в значительной степени противоречащими одна другой или, по крайней мере, альтернативными. В первой модели во все не рассматривается конкуренция охрупчивающей примеси с углеродом на границах зерен, во второй же этому обстоятельству придается решающее значение, а взаимодействие примеси с легирующим элементом, - основное положение первой гипотезы, - игнорируется.
Падение пластичности молибдена после рекристал-лизационного отжига некоторые авторы [28, 206] связывают с сегрегацией примесей внедрения на границах зерен.
Причинами стабилизации рекристаллизованиой матрицы могут быть: а) дисперсные частицы или сегрегации примесей на границах; б) текстурное торможение и в) эффект толщины. Все они уже были рассмотрены в § 9 при обсуждении причин торможения роста зерна во время собирательной рекристаллизации. Роль торможения дисперсными частицами, текстурного торможения и эффекта толщины доказана экспериментально в разных конкретных случаях вторичной рекристаллизации.
Исследование деформационного старения железа также приводит к выводу о том, что сегрегация примесей возле дислокаций может быть выгодной альтернативой выделению фаз.
Различие между измеряемыми концентрациями свободных носителей и введенной легирующей примесью первоначально объяснялось сегрегацией примеси на межзеренных границах, где она пассивирует разорванные межатомные связи.

В последние годы опубликован ряд работ [19, 55, 140-145, 304], свидетельствующих о том, что сегрегация примесей на границах зерен играет большую роль в межкристаллитном охрупчивании сплавов при ползучести, повторном нагреве после сварки, релаксации напряжений и других процессах, существенным элементом которых является зарождение и рост пор.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11