А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Енергія - межа - зерно

Енергія кордонів зерен оцінюється експериментально, зазвичай вона варіює в межах від 0 1 до 1 Дж /м2 і сильно залежить від таких факторів, як склад і орієнтування сусідніх зерен. Енергія, притаманна кордоні зерна, може бути пояснена на основі уявлень про відносну щільності упаковки атомів і енергіях зв'язків.

Данн[10]показав, що енергія кордону зерна залежить від відносної орієнтування прилеглих зерен ( фіг. Нуль на абсциссе означає відсутність кордону. Вже дуже невелика разоріентіровка двох зерен викликає збільшення енергії майже до максимальної величини.

Якщо на поверхню твердого тіла. Це пов'язано як з різким відмінністю енергій кордонів по-різному орієнтованих зерен (див. § 2 гл. I), так і з неоднорідністю самих кордонів: наявністю дефектних ділянок з неоднаковою щільністю енергії і навіть пустот різного розміру. При цьому для адсорбції домішок на межах зерен характерна значна вибірковість; однією з її причин є переважна адсорбція компонентів, розміри атомів яких відповідають розмірам найбільш типових дефектів, що існують на кордонах зерен.

Електронно-мікроскопічний знімок легованого вольфраму, відпаленого протягом 3 5 годин при 2200 G. Аномальний ріст зерен, однак, регулюється енергією кордонів зерен.

Енергія межфазовой кордону, так само як і енергія кордону зерна, є рушійною силою, що забезпечує зростання зерна в багатофазних сплавах. Відносні кількості обох фаз однакові в цих двох прикладах, що вказує на хімічну, або фазовий, рівновагу.

Поверхня руйнування молібдену після попередньої прокатки при температурі 950 С,. 92%. Можна вважати, що умови, при яких енергія меж зерен або осередків досягає значення 2у0 (визначають можливість виникнення не-суцільність за такими кордонів. При цьому, очевидно, в першу чергу несплошності будуть виникати по кордонів зерен. Фрактограмма зруйнованого ударним вигином при 20 С зразка полікристалічного молібдену, деформованого прокаткою, наведена на рис. 717. На рис. 717 а видно відносно рідкісні, що йдуть всередину зразка, глибокі розшарування по межах зерен і мікрорасслоенія.

В експериментах на бікрісталлах рушійною силою міграції є зменшення енергії кордонів зерен при скороченні їх площі. Такі бікрісталли мають спеціальну геометрію. Кожна методика призначена для певного типу експериментів.

Якщо зерна мають неоднакові розміри, то різною буде і енергія меж зерен, яка припадає на одиницю об'єму.

Енергія некогерентного двійникової кордону значно більше, але все ж не досягає величини енергії среднеуглових кордонів зерен.

У сьомому розділі розглядаються основні характеристики мікроструктур одне - і багатофазних сплавів: будова і енергія меж зерен, розмір зерен і їх форма; коротко обговорюється вплив розміру, форми і орієнтування зерен на властивості.

На рухомі кордону діє сила Р в напрямку центру кривизни: Р - 2у /л, де - у - енергія кордону зерна; г - радіус кривизни кордону зерна; величина Р к.

Інша особливість впливу реальної структури твердого тіла на інтенсивність адсорбционного впливу середовища пов'язана з тим, що дефекти структури мають надлишкову вільної енергією, виявляється, наприклад, у вигляді енергії кордонів зерен полікристала ( см. гл. Наявність такого пов'язаного з дефектами структури запасу енергії в деформується твердому тілі призводить до того, що в присутності адсорбційних-но-активного середовища тріщинах руйнування виявляється термодинамічно вигіднішим розвиватися вздовж подібних дефектів. Якщо в звичайних умовах полікристалічний матеріал може руйнуватися по тілу зерен, то в присутності активних розплавів відбувається переважне поширення тріщин на межі зерен. Як граничного випадку такого полегшеного поширення тріщин на межі зерен може розглядатися виконання умови Гіббса-Сміта (див. гл.

Інша особливість впливу реальної структури твердого тіла на інтенсивність адсорбционного впливу середовища пов'язана з тим, що дефекти структури мають надлишкову вільної енергією, виявляється, наприклад, у вигляді енергії кордонів зерен полікристала сггз (див. § 2 гл. Наявність такого пов'язаного з дефектами структури запасу енергії в деформується твердому тілі призводить до того, що в присутності адсорбційно-активної середовища тріщинах руйнування виявляється термодинамічно вигіднішим розвиватися вздовж подібних дефектів, і якщо в звичайних умовах полікристалічний матеріал може руйнуватися по тілу зерен, то в присутності активних розплавів відбувається переважне поширення тріщин на межі зерен. Як граничного випадку такого полегшеного поширення тріщин на межі зерен може розглядатися виконання умови Гіббса - Сміта ( см. § 3 гл.

Спостережуване при розвитку оборотної відпускної крихкості настільки сильне збагачення домішками декількох атомних шарів біля кордонів зерен можливо тільки завдяки межкристаллитной внутрішньої адсорбції, тобто оборотної рівноважної сегрегації, рушійною силою якої є зниження енергії кордонів зерен.

Природно, що в реальних процесах охрупчивания різних сталей при тривалих ізотермічних витримках або уповільненому охолодженні після відпустки в процесі термічної обробки зерногра-ничная сегрегація домішок може протікати не тільки під впливом адсорбционного зниження енергії кордонів зерен, але і під дією інших сил, що мають кінетичну (нерівноважну) природу. Як правило, поодинокі дані про наявність ознак нерівноважної сегрегації домішок при охрупчивание є наслідком недостатньо стабілізованою структури досліджуваних сплавів. У явищі оборотної відпускної крихкості, не ускладненою процесами структурної релаксації, визначальну роль відіграють, як показує переважна частина отриманих до теперішнього моменту даних, оборотна рівноважна сегрегація домішок.

На підставі вимірів енергії нерухомих кордонів зерен вважалося, що вираз для зерномежевої енергії містить геометричний і електронний члени. Залежно від того, який з них переважає, межі зерен можна розділити на два види.

Малокутових межа на -[IMAGE ]Повернений блок всередині клону, що складається з паралельних кристала, обмежений чотирма крайових дислокацій з інтервалом межами нахилу (ABCD і дво - d між ними (і вектором Бюргер-са Ь. разориентация 0 2 tg (6/2 b /d. Енергія большеуглових кордонів в першому наближенні не залежить від 0; винятком є збігаються орієнтації, для яких вона знижена. При фіксованій разориентация решіток енергія кордону зерен залежить від орієнтації пло - кістки кордону.

Причиною цього є збереження залишкової пористості на кордонах структурних елементів кожного масштабного рівня. Саме пористість і є носієм енергії кордонів зерен і структурних елементів інших масштабних рівнів, про що більш докладно буде говоритися нижче.

Було встановлено, що фосфор сегрегуючий рівномірно по всіх кордонах, а нікель і сурма тільки за певними мікрограням. Це свідчить про сильну залежність сегрегації від структури і енергії кордонів зерен. У свою чергу, існує прямий зв'язок між ступенем сегрегації домішок і охрупчивание матеріалу.

Довільна сітка дисклінацій в моделі двовимірного полікристала, що складається з квадратних зерен (о, і відповідна довільна решітка дісклінаціонних квадруполів (б. Крім дислокацій важливим дефектом наноструктурного стану є дисклінацій. В роботі[210]Запропонована модель масивів довільних дисклінацій і проведена оцінка їх вкладу в величини внутрішньої пружної деформації, енергії кордонів зерен і збільшення обсягу наноструктурних матеріалів, отриманих методами ІПД.

При формуванні зернистої структури відбувається також перерозподіл компонентів системи вихідного розплаву, що полягає в концентруванні домішок, легуючих елементів і вуглецю на кордонах зерен. При цьому дані компоненти заповнюють певний обсяг пір на кордонах зерен, що є термодинамічно вигідним фактором, тому що призводить до зниження енергії кордонів зерен і, отже, знижується значення вільної енергії в цілому по системі твердого сплаву.

Перш за все необхідно відзначити, що адсорбційні процеси в твердих тілах, як правило, реалізуються в нерівноважних умовах: через малій швидкості дифузійних процесів рівновагу між обсягом зерен і їх межами встановлюється вкрай повільно. Іншою особливістю адсорбції на кордонах зерен в реальних полікристалічних тілах є широкий спектр значень енергій адсорбції домішки. Це пов'язано як з різким відмінністю енергій кордонів по-різному орієнтованих зерен (див. гл. При цьому для адсорбції домішок на межах зерен характерна значна вибірковість.

Флетчер і Адамсон[134]вивели більш загальні вирази для енергії поверхні розділу між двома нескінченними кристалами з довільною структурою і будь-який орієнтацією. Отримані їм результати засновані на розрахунках Шоклі і Ріда[136, 137]енергії кордонів зерен і застосовні до випадку невідповідностей уздовж двох взаємно перпендикулярних напрямків в площині розділу.

У роботі[108]висловлено міркування, що підвищена рухливість на кордонах зерен пояснюється надмірною концентрацією вакансій і малої енергією активації, а отже, зумовлена зниженням енергії зв'язку. На цій підставі була зроблена спроба в першому наближенні зв'язати дифузію на кордонах зерна з величиною поверхневої енергії кордонів. Автори показали, що бор (00018%) зменшує коефіцієнт самодифузії по границях зерна a - Fe і - y - Fe і відповідно енергію кордонів зерен заліза. Отриманий результат був підтверджений експериментально Пеллегом. Проте загальний висновок про сінбатності дифузійних характеристик і енергії кордонів чи правильний, оскільки кінетичні (коефіцієнт дифузії) і термодинамічні (енергія кордонів) характеристики пов'язані, як вказувалося раніше, складним чином і їх зміни в залежності від різних факторів можуть бути неоднаковими.

Освіта двійника відбувається, коли зерно А вростає в зерна Si і Sz. Межі зерен Л 1 і А8г є болипеугловимі межами з великою енергією. Енергетично вигідні умови виникають, коли утворюється зерно А з орієнтацією двійника. Сума енергій кордонів зерен A SiuA St, а також кордону двійника АА повинна бути менше, ніж відповідна гранична енергія системи, в якій не утворюється двійник.

Діаграма рекристалізації м'якої сталі. | Освіта двійника рекристалізації. Освіта двійника відбувається, коли зерно А вростає в зерна Si і S. Межі зерен ASi і AS2 є болипеуг лівими межами з великою енергією. Енергетично вигідні умови виникають, коли утворюється зерно А з орієнтацією двійника. Сума енергій кордонів зерен A Si і A Ss, а також кордону двійника АА повинна бути менше, ніж відповідна гранична енергія системи, в якій не утворюється двійник.

Освіта двійника рекрісталлн-зацной. Освіта двійника відбувається, коли зерно А вростає в зерна Si і Sz. Межі зерен ASi і ASz є большеугловимі межами з великою енергією. Енергетично вигідні умови виникають, коли утворюється зерно А з орієнтацією двійника. Сума енергій кордонів зерен A SiHA Sj, а також кордону двійника АА повинна бути менше, ніж відповідна гранична енергія системи, в якій не утворюється двійник.

Разом з тим дані трансмісійної електронної мікроскопії показують часткове збереження індивідуальності кластерів, фрагментів, блоків та ін. в структурі зерна. Причиною цього є збереження залишкової пористості на кордонах структурних елементів кожного масштабного рівня. Саме пористість і є носієм енергії кордонів зерен і структурних елементів інших масштабних рівнів, про що більш докладно буде говоритися нижче.

Велика частка пружної енергії зосереджується в скупченнях дислокацій біля кордонів зерен. Вільна поверхнева енергія меж зерен теж вносить свій внесок в загальну вільну енергію. Подібно то му як для малих частинок характерна висока розчинність і високий тиск парів, малим кристаллитами властива велика поверхнева енергія. Однак такий внесок в рушійну силу рекристалізації грає важливу роль тільки в разі дуже маленьких кристаллитов. До того ж енергія меж зерен залежить від їх взаємної орієнтації. Кристалітів з малою енергією кордонів, обумовленої їх сприятливої орієнтацією, виявляють тенденцію до розростання за рахунок несприятливо орієнтованих сусідніх кристаллитов.

Ясно, що конфігураціями, аналогічними зображеним на фіг. В цьому випадку частіше користуються горизонтальними, а не вертикальними печами. Превалювання монокристалла на кордоні розділу кристал-розплав залежить від вихідної орієнтації зародилися першими кристаликів і нахилу кордонів зерен між ними. Ці моменти так і не стали предметом скільки-небудь докладного дослідження в практиці промислового вирощування кристалів за методом Бріджмена - Стокбаргера, тому що завжди Чюжно емпірично підібрати форму тигля, градієнт температури і швидкість опускання тигля (або швидкість охолодження печі) так, щоб у всіх випадках домогтися освіти монокристалла або хоча б великих монокристальних ділянок в обсязі тигля. Однак потрібно мати на увазі, що в подібних випадках має переважати гетерогенное зародження на стінках тигля, так що при прогнозуванні орієнтації зародків можуть виявитися корисними теорії гетерогенного зародження. Подібним же чином здатні принести користь при визначенні ймовірності превалювання монокристальних зерен на поверхні розділу і теорії, які розглядають енергію кордонів зерен в залежності від їх орієнтації. Само собою зрозуміло, що при вирощуванні кристалів за методом Бріджмена-Стокбаргера можна було б вдаватися до спеціального затравліваніе, поміщаючи Монокристальна приманку в кінці тигля і підбираючи такий температурний профіль в печі, щоб подібна запал не розплавиться. Але експериментально це часто виливається в тяжку процедуру, оскільки у звичайній установці Бриджмена - Стокбаргера температура невідома і регулюється з недостатньою точністю, а стежити візуально за запалом не дозволяють непрозорі тиглі і стінки печі.

Зони з підвищеною щільністю дислокацій хімічно активніші в зв'язку з наявністю хмар домішкових і розчинених атомів, що інтенсифікує корозійні і сорбційні процеси в цих зонах. У зв'язку з цим дислокаційна структура впливає на механізми межкристаллитного і транскристаллитного розтріскування. У матеріалах, що мають низьку енергію упаковки і здатних до ближнього впорядкування, дислокації розташовуються копланарно, площинними групами, ковзання в яких призводить до руйнування ближнього порядку і підвищеної щільності дислокації в площинах ковзання в зоні руйнування. Такі метали дуже сприйнятливі до корозійного розтріскування транскристаллитного типу. Чисті метали і сплави, де полегшено поперечне ковзання і де виникають сплутані клубки дислокації, не схильні до внутрікрісталлітной корозійного розтріскування. При межкристаллитного растрескивании області з високою щільністю дислокацій розташовані біля кордонів зерен, тому тріщина розвивається по межі, яка діє, як бар'єр для пластичної деформації сусідніх зерен. В результаті цього енергія деформації, що концентрується на кордоні, сприяє додатковому збільшенню енергії кордонів зерен, необхідного для поділу зерен під дією прикладених напружень. Очевидно при малих ступенях пластичної деформації має місце посилення початкової анодного кордонів внаслідок накопичення на них енергії деформації. Подальше збільшення ступеня деформації приводить до деконцентра-ції енергії, в зв'язку з тим що деформація захоплює все зерно, що в кінцевому підсумку може призвести до збільшення стійкості.

Бассет[564]вивчав ту ж систему, напиляя срібло безпосередньо в мікроскопі. Це давало йому можливість безперервно стежити за зростанням срібною плівки. Через відмінності в межплоскостним відстані (для Ag d22o 144 А; для MoS211201 57 А) виходить картина муару з відстанню між контурами, рівним 17 А. Як можна бачити з формули (4Л4), невеликої взаємний поворот двох кристалічних решіток при наявності різниці в міжплощинні відстані дає великий поворот контурів муару. Це дозволяє контролювати, якою мірою епітаксіальна плівка паралельна підкладці. Кути відносного повороту змінюються в процесі росту. Взаємна орієнтація плівки і підкладки повинна відповідати точкам загострення кривої залежності енергії кордонів зерен від разориентация. Центри повинні повертатися повністю, переходячи з одного такого положення в інше під час росту.