Диффузия в металлах. Феноменологическая теория диффузии. Атомная теория диффузии, страница 9

Рис. 5.7. Концентрационные зависимости D для сплавов

AgAu (а) и Cu-Ni (б)

Если добавление компонента А к В понижает температуру плавления, то D при любой температуре увеличится. И напротив, если А повышает температуру плавления, то D уменьшится.

Рис. 5.7. Фазовые диаграммы и изменения D в

зависимости от состава в системах с

неограниченной растворимостью

Большой интерес представляет сопоставление коэффициентов диффузии различных элементов в α – и γ- железе, т.е. при разной кристаллической структуре растворителя. Во всех изученных случаях диффузия в α-железе протекает быстрее, чем в γ-железе. Прежде всего это относится к самодиффузии. Коэффициенты самодиффузии Fe выражаются следующим образом:

                                                                 (5.29)

и

                                                                 (5.30)

так что

.

Так, например, в точке превращения (Т = 1183К) D_α/ D_γ, = 280.

По данным Ю. М. Лахтина, при температуре 600⁰С коэффициент диффузии N в α-фазе в 2000 раз выше коэффициента диффузии в γ-фазе (D_α=1400*10^-11 см²/c: D_γ=0,7*10^-1I см²/с).

     Коэффициенты диффузии Мо, образующего с Fe твердые растворы замещения, в α-фазе также значительно выше, чем в γ-фазе:

                                         D_α =0,34ехр (-57 700/RT) см²/с.                          (5.31)

D_γ =6,8*10^-2 ехр (- 59000/RT);

D_α/D_γ=5exp (- 1300/RT).                             (5.32)

Аналогично для циркония при 825°C  D_β/D_α=10. Обычно большее значение коэффициента диффузии в о. ц. к. решетке (по сравнению с г. ц. к. и гекс. п. у. решетками) связывают с меньшей ее компактностью.

При выяснении влияния разных факторов на скорость диффузии необходимо обращать внимание на характер изменения не  только , но и D₀ и Q.       

Очевидно, увеличение коэффициентов диффузии при одновременном увеличении энергии активации возможно лишь в результате значительного увеличения пред экспоненциального множителя. Действительно, как видно из табл. 5.2, при повышении концентрации твердого раствора пред экспоненциальный множитель возрастает для диффузии Аl и Si в Сu на несколько порядков.

T а б л и ц а 5.2

Характеристики диффузии Аl, Si и Sn в меди и

их изменения при изменении содержания

 диффундирующего элемента

При увеличении содержания в твердом растворе Sn значение D₀ уменьшается, но не так резко, чтобы скомпенсировать одновременное уменьшение энергии активации Q: коэффициент диффузии несколько увеличивается.

П. Л. Грузин, Ю. В. Корнев и Г. В. Курдюмов исследовали самодиффузию железа в аустените с разным содержанием углерода. Оказалось, что увеличение содержания углерода вызывает ускорение самодиффузии Fe, особенно при низкой температуре: в то время как в безуглеродистом γ-Fe коэффициент самодиффузии при 860⁰С равен 0,55*10^-12 см²/с, в стали с 1,1 % С (4,7 ат.%) он достигает 9*10^-12 см²/с, т. е. в 16 раз больше.

Рис. 5.8. Зависимость коэффициентов диффузии различных

элементов в меди при 800⁰С от их концентрации

С увеличением температуры влияние содержания С на коэффициент диффузии уменьшается: при 1100°С для безуглеродистого γ-Fe D=12*10^-12 см²/с, а для стали с 1,1 %С D=38*10^-12 см²/с, т. е. только в три раза выше.