Коэффициент диффузии D" характеризует поток, связанный только с влиянием градиента напряжений (деформаций). По вычислениям С. Т. Конобеевского величина D" пропорциональна относительной разнице атомных радиусов компонентов сплава (rB-rA)/rА. Атомы с большим радиусом при наличии деформации стремятся переместиться в растянутые слои сплава, а атомы с меньшим радиусом - в сжатые. Если первоначально компоненты сплава были распределены в кристаллической решетке сплава статистически равномерно, так как градиент концентрации был равен нулю, то при наличии неоднородного напряженного состояния за счет второго члена уравнения в твердом растворе будет протекать диффузия, приводящая не к выравниванию концентраций, а к разделению компонентов. Создающаяся в результате восходящей диффузии химическая неоднородность, характеризуемая в каждом участке градиентом концентрации, приводит к возникновению встречного диффузионного потока, обусловливаемого первым членом правой части уравнения (5.16) и стремящегося восстановить первоначальное равномерное распределение компонентов в кристаллической решетке твердого раствора. Равновесное распределение компонентов при неизменной деформации решетки наступит при равенстве обоих потоков, т. е. при условии
(5.17)
С эффектом восходящей диффузии С. Т. Конобеевский связывает упрочнение деформированных твердых растворов при нагреве.
Для объяснения зависимости коэффициента диффузии от концентрации диффундирующего элемента Б. Я. Любов и Н. С. Фастов применили представление о влиянии неоднородно напряженного состояния на диффузионные явления. Переменная концентрация твердого раствора всегда связана с неоднородно напряженным состоянием, причем градиент концентрационных напряжений определяется упругими константами твердого раствора, зависимостью периода решетки твердого раствора от концентрации последнего и, наконец, градиентом концентрации.
Влияние поля напряжений на интенсивность протекания диффузии может оказаться весьма значительным. Я. С. Уманский установил, что толщина карбидного слоя, образовавшегося на поверхности недеформированной танталовой пластинки, находившейся в карбонизующей среде в течение 12 ч при температуре 1900°С, была меньше 0,01 мм, а та же пластинка после холодной прокатки с обжатием на 75% покрывалась за 1 ч карбидным слоем толщиной 0,5 мм.
При электронографическом исследовании структуры тонких слоев цинка, последовательно нанесенных конденсацией на полированную поверхность медной пластинки, обнаружено, что первые слои цинка при комнатной температуре целиком растворились в меди (интерференционные линии цинкового слоя исчезли через 10 с после конденсации). Полированная поверхность приобрела характерный оттенок латуни. Такая интенсивная диффузия при комнатной температуре обусловлена чрезвычайно большими искажениями кристаллической решетки, вызванными полировкой.
Очевидно, искаженность кристаллической решетки увеличивает коэффициент диффузии. Но не следует представлять этот эффект объемным, равномерно охватывающим всю массу деформированного металла. Это видно из анализа приведенных в литературе экспериментальных данных об энергии остаточных упругих напряжений после деформирования металла (т.е. об энергии искажений кристаллической решетки). Оказалось, что ее запас не превышает 100-200 кал/(г-атом), составляя лишь ничтожную долю теплоты диффузии, измеряемой несколькими десятками тысяч калорий. Рентгенографические исследования показали, что энергия эта распределена по объему деформированного металла очень неравномерно: около 90% остаточной энергии деформирования сосредоточено в тончайших слоях у плоскостей сдвига, охватывающих 2-3% общего числа атомов. Здесь искаженность кристаллической решетки значительна. В этих слоях энергия деформации достигает 10 ккал/(г-атом). Очевидно, вдоль плоскостей сдвига и происходит в основном диффузия в пластически деформированном металле.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.