Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Большое влияние растворенных примесей на процесс рекристаллизации установлено также в экспериментах со свинцом зонной очистки с добавками олова, серебра и золота при использовании подобной же методики рекристаллизации путем миграции отдельной границы [66]. Скорость миграции границы уменьшалась почти на два порядка при введении в раствор одного-атома золота или серебра на 1O6 атомов свинца (фиг. 11.22), а энергия активации роста в той же области состава изменялась от 5 ккал/г-атом для чистого свинца до 30 ккал/г-атом для свинца с добавками серебра или золота.
Отжиг деформированных металлов
27t
Сильное влияние столь малых концентраций примесей можно объяснить только с помощью механизма, включающего абсорбцию атомов растворенных веществ на перемещающейся поверхности раздела. При этом атомы растворенных веществ снижают скорость движения границы до такого уровня, при котором атмосферы атомов растворенных веществ могут мигрировать вместе с ней [67]. Таким образом, имеют место два температурно-зависимых процесса: во-первых, миграция атомов растворенных веществ к границе и, во-вторых, переход атомов через границу, обусловливающий ее движение.
Движение «чистой» границы, т. е. такой, на которой отсутствуют атомы растворенных веществ, требует значительно меньшей энергии активации,
ю
КО
а Sn
а Ag О Ли
о а
\
NA
V
А ¦
\
_±л_l
О аг 0,4 OjB O? W № U4 f? I? 2>0 Концентрация примесей, Ю~е
Ф и і*. 11.22. Влияние концентрации примесей (олова, серебра н золота) на скорость миграции границ зерен в свнице зонной очистки при 300° С [57].
чем объемная диффузия (например, 6 ккал/г-атом для свинца), так что процессом, контролирующим скорость движения границы, должен быть более легко протекающий процесс — вероятнее всего диффузия по границам зерен. Процесс роста зерен рассматривается как обменный переход вакансий и атомов через границу, и энергия активации роста должна быть равна энергии активации миграции вакансий. Большинство имеющихся данных не пригодно для проверки этой точки зрения, поскольку в материале имеются примеси, но исследования на алюминии зонной очистки показали, что Q0 почти совпадает с энергией активации движения вакансий Qm [68]. Подвижность чистой границы зерна M можно тогда выразить в следующей форме:
где N — число атомов в единице объема, b — расстояние, на которое смещается атом при перескоке, к — постоянная Больцмана, а — константа.
Процесс может происходить путем перескока через поверхность раздела отдельных атомов (механизм единичных процессов) или групп атомов (механизм группового процесса). Выбор конкретного механизма, безусловно, влияет на детали, но не на общую форму приведенного выше соотношения.
Процесс коренным образом изменяется при наличии атомов растворенных веществ. JIюкке и Детерт [67] предложили теорию, в которой полагается, что атомы растворенных веществ сегрегируют на границах и приводят к задержке их движения. При высокой концентрации примесей (или низких температурах) скорость миграции границы будет определяться скоростью.
272
Глава 1І
с которой могут диффундировать атомы растворенных веществ, так что величина Q0 должна быть эквивалентна энергии активации объемной диффузии растворенного вещества. Этому положению противоречат результаты Ауста и Руттера [66] для свинца, показывающие, что серебро и золото, которые диффундируют быстрее, чем олово, вызывают значительно большее уменьшение скорости перемещения границы. Дальнейшие успехи были достигнуты Люкке и Штюве [69], а также Капом [70], которые развили более строгую теорию, включающую анализ следующих двух предельных случаев задержки движения границы атомами растворенных веществ. 1. При большой скорости движения границы зерна
где P1 — полное силовое воздействие, оказываемое атомами примесей на границу, D — коэффициент диффузии растворенного вещества, х — расстояние от атома растворенного вещества до границы зерна, C0 — концентрация растворенного вещества, V — скорость перемещения границы зерна, N0 — число атомов в единице объема, E (х) — энергия взаимодействия атома растворенного вещества и границы.
2. При малой скорости движения границы зерна
Эти соотношения показывают, что для больших скоростей движения границы сила, тормозящая движение, обратно пропорциональна скорости, но при малых скоростях медленнее диффундирующее растворенное вещество вызывает большую задержку движения границы, чем быстро диффундирующее. При больших скоростях будет иметь место обратное. В последнем случае торможение будет возрастать вследствие изменения ситуации в направлении создания более благоприятных условий для локального изменения состава, например при уменьшении скорости миграции примесей или удалении быстро движущихся примесей. Следует отметить также, что теория предсказывает задержку движения независимо от знака величины E (х), т. е. как в случае абсорбции, так и в случае десорбции примеси на границе.
В заключение описания явлений, происходящих при рекристаллизации, мы должны рассмотреть так называемый нормальный рост зерен, т. е. рост зерен в полностью рекристаллизованной матрице, приводящий обычно к их укрупнению. Характерным для данных условий является то, что границы зерен продвигаются не в деформированную матрицу, а в отожженные зерна, и миграция происходит по направлению к центру кривизны движущейся границы [71]. Две стадии процесса, при котором соблюдаются указанные условия, проиллюстрированы на фиг. 11.23, а; в отличие от этого на фиг. 11.23, б показано движение границы зерна во время рекристаллизации.
