Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

так называемая восходящая диффузия, при которой поток элемента направлен против градиента концентраций, т. е. в сторону ее увеличения. При этом на первом этапе пребывания сплава при высоких температурах возможно усиление МХИ некоторых элементов, а затем, после перераспределения других элементов,- его выравнивание по объему.

Сегрегация обусловлена перераспределением элементов между объемом зерен и их границами, имеет сложный характер и зависит от температуры. Для двухкомпонентных твердых

т т" т т

max max см

Рнс. 5.12 Схема развитая неравновесной сегрегации примесей на границах зерен при

нагреве (а) и охлаждении (б).

пая концентрация на границах соответственно для малой и большой скорости нагрева,

"г о-концентрация примесей на оплавленных границах, Гц, Г. д-температуры начала

диффузии Примеси и неравновесного солидуса; Т, Т - различные максимальные температуры нагрева

растворов движущей силой процесса является тенденция к уменьшению энергии упругих искажений решетки при переходе растворенных элементов из зон зерна, не имеющих дефектов кристаллического строения, в зоны скопления несовершенств строения решетки, которыми в первую очередь являются границы зерен. Предельное развитие процесса - образование так называемой равновесной сегрегации элементов на границах зерен, которая оценивается отношением равновесных концентраций элементов на границе Сг. р и в объеме зерна Сз. Согласно теоретическим представлениям Сг. р возрастает по мере снижения температуры (рис. 5.12). В условиях нагрева или охлаждения при сварке действительная или неравновесная сегрегация на границах Сг.н начинает развиваться при температурах выше температуры заметной диффузионной подвижности растворенного элемента Гд. По мере повышения температуры Сг. н будет возрастать вплоть до достижения Сг. р. Интенсивность

изменений Ср. н и степень приближения ее к Сг. р будут тем больше, чем больше коэффициент диффузии растворенного элемента и меньше скорости нагрева и охлаждения. При дальнейшем возрастании температуры Сг. н будет снижаться, согласуясь с зависимостью изменения Сг. р от температуры. Начнется процесс «рассасывания» сегрегата на границах, т. е. гомогенизация, помимо внутренних объемов зерна, распространится на приграничные области. При охлаждении процесс развивается в сторону повышения Сг. н до достижения Сг. р. Концентрация примесей на границах может также уменьшаться в результате миграции границ при росте зерен, если она сопровождается термическим отделением границы от примеси.

При нагреве участка ОШЗ около линии сплавления свыше температуры неравномерного солидуса Го.н происходит оплавление приграничных участков зерен. Если растворенный элемент понижает температуру плавления сплава, то сегрегация его на границах приводит к более раннему расплавлению приграничных участков при Го.и<Тс (равновесного солидуса). При этом границы зерен как поверхности раздела исчезают. Появление жидкой фазы приводит к появлению нового «ликвационного» механизма перераспределения растворенного элемента между твердым телом зерна и оплавленными приграничными участками. Он подобен ликвационному механизму образования междендритной МХН при первичной кристаллизации. Более высокая растворимость легирующих элементов и примесей в жидком металле обусловливает насыщение ими оплавленных участков в результате направленной диффузии из твердой в жидкую фазу до концентрации Сг. о. Степени МХН в данном случае соизмеримы с МХН в литом металле.

5.4.4. Перераспределение дефектов кристаллической решетки

В металле, находящемся в неравновесном состоянии после быстрого охлаждения с высоких температур (сварка, закалка) или холодной пластической деформации (основной металл), характерна высокая плотность дефектов кристаллического строения решетки: вакансий, дислокаций, межузельных атомов и др. Плотность дислокаций изменяется в широких пределах - от 10* см-2 у отожженного металла до 10 см- у металла после закалки или большой степени деформации. Дислокации образуют замкнутые сплетения, которые разделяют металл на отдельные ячейки размером порядка одного микрона. Внутри ячеек плотность дислокации сравнительно не велика. Повышение общей плотности дефектов в металле приводит к повышению прочностных свойств (наклеп после холодной деформации) и изменению некоторых физических свойств, например к увеличению электросопротивления.

При нагреве металла с неравновесной концентрацией дефектов кристаллической решетки свыше температуры Гв - 0,2Т„л К (Гпл - температура плавления) в нем развиваются процесы возврата. Первая его стадия, протекающая без изменения ячеистой структуры, называется отдыхом, вторая - связанная с формированием и миграцией малоугловых границ - полигонизацией.

При отдыхе наиболее важным процессом является уменьшение избыточной концентрации вакансий (от Св н ДО Сд р). Вакансии мигрируют к дислокациям, границам зерен и внешним поверхностям и там аннигилируют. Межузельные атомы аннигилируют на краевых дислокациях и при встрече с вакансиями. Скорость отдыха зависит от энергии активации самодиффузии н температуры. При одинаковых относительно Гпл температурах (так называемых гомологических 9 = Г/Гпл) скорость отдыха у разных металлов примерно одинакова. При этом абсолютные температуры сильно отличаются. Так, при комнатной температуре избыточные вакансии полностью исчезают у некле-панного алюминия, частично - у меди. Для начала движения вакансий у никеля требуется нагрев до 370 К, а у железа до 420-470 К. Другими процессами при отдыхе являются частичная перегруппировка дислокаций и аннигиляция дислокаций разного знака. Результатом отдыха является восстановление таких физических свойств, как электросопротивление, а также смягчение пиков внутренних микронапряжений.

Полигонизация - процесс образования субзерен, разделенных малоугловыми границами. Полигонизация является развитием возникшей при пластической деформации ячеистой структуры. Размытые, объемные сплетения дислокаций вокруг ячеек становятся более узкими и плоскими и превращаются в субграницы, ячейки и субзерна. Процесс развивается при температурах более высоких, чем температуры отдыха. Тело субзерен практически очищается от дислокаций. Решетки соседних субзерен получают небольшую взаимную разориентировку (до нескольких градусов). При продолжительной выдержке и повышении температуры происходит укрупнение (коалесценция) субзерен, так как при этом снижается энергия субграниц.

Глава 6. СВАРИВАЕМОСТЬ И ЕЕ ПОКАЗАТЕЛИ

(Макаров Э, Л., Якушин Б. Ф.)

6.1, Понятие свариваемости

6.].]. Физическая и технологическая свариваемость

В сварочной практике понятие свариваемости имеет несколько аспектов. Первоначально использовались понятия физической и технологической свариваемости [1]. Первое характеризовало