Активации самодиффузии

где R - универсальная газовая постоянная; W0 - начальная энергия активации процесса разрушения напряжения при а = О, постоянная для данного материала в широкой области температур и не зависящая от обработки материала; (Wo - уа) -энергия активации разрушения (Wa> p); т0 - параметр, совпадающий по значению с периодом собственных тепловых; колебаний атомов в кристаллической решетке твердого тела (т0 = 10"12-:-10"4с), постоянный для всех материалов и не зависящий от обработки материала и условий нагрузки; у - характеристика чувствительности материала к напряжению; tp - наработка до отказа.

На рисунке 4.14, б представлены экспериментальные данные по зависимости энергии активации разрушения от напряжения для свинца при растяжении при контрастных условиях нагружсния:

должна быть связана с движением дислокаций в плоскости семейства (110)^, а следовательно, в этом случае можно считать, что эффективная энергия активации разрушения равна энергии активации движения дислокации в одной из плоскостей (110). Кроме того, должна существовать связь между эффективной энергией пластической деформации и пороговым значением коэффициента интенсивности напряжения KQ, отвечающим переходу к сколу. Опыты, проведенные на крупногабаритных образцах монокристаллов молибдена 15х12х(70-80) мм с трещинами-надрезами, нанесенными в различных кристаллографических направлениях, показали, что независимо от исходной ориентации трещины-надреза и оси кристалла, образцы разрушаются сколом по плоскостям только семейства (100).

где Z - постоянный коэффициент; U0 - начальная энергия активации разрушения; k — постоянная Болыгмана; С — параметр, характеризующий степень

шению, при котором напряжение безактивационного разрушения пропорционально энергии активации разрушения U?ax. Универсальность условия стабильности структурного состояния деформируемого материала при Uo=U^iax

Рисунок 4.32 - Параметрическая диаграмма длительной прочности [36] Точка С, отвечающая изменению ведущего механизма разрушения (при достижении ее начальная энергия активации разрушения скачкообразно изменяется с L] до L2), характеризует точку бифуркации. В этой связи следует придать фундаментальное значение параметрам LJ и L^ и пороговому напряжению ас, отвечающему точке С. Такой тип зависимости подтвержден массовыми экспериментами на стали различного уровня прочности, сплавах никеля, титана, алюминия, магния и др. Это позволило разработать систему критериального

активации разрушения от LI до L2.

где А — постоянная, зависящая от вида материала; t/o - энергия активации разрушения при отсутствии напряжения; a - напряжение; у- структурно-чувствительный коэффициент; k - постоянная Больцма-на. Экспериментальные исследования большого числа полимеров, посвященные изучению температурно-временной зависимости прочности полимеров, показывают, что параметр (70 в уравнении Журкова не зависит от изменения молекулярной массы (длины макромолекул), ориентации макромолекул (технологии получения и вытяжки) и пластификации (введения пластификатора). Вместе с тем параметр у заметно изменяется во всех этих случаях. Согласно этим данным энергия активации разрушения нечувствительна к изменениям структуры и может характеризовать свойства полимерного материала в качестве

Наблюдающаяся устойчивость энергии активации разрушения U(} позволяет предполагать, что элементарными актами, приводящими к разрушению полимеров, являются термофлуктуационные разрывы напряженных химических связей в макромолекулах, и представить механизм разрушения твердых тел как термофлуктуационный процесс распада межатомных связей и возникновения первичных разрывов сплошности, субмикро- и микротрещин (39]. Наличие внешних нагрузок приводит к увеличению вероятности разрыва, придает направленность процессу и препятствует рекомбинации разорванных цепей. При этом слагаемое уо характеризует структурно-энергетическое состояние твердого тела, которое оно приобретает под действием внешних энергетических факторов.

В уравнении С. И. Журкова предэкспоненциальный множитель и параметр U0 имеют вполне определенный физический смысл: межатомные силы связи, определяющие энергию активации разрушения, отражает энергия сублимации — вполне определенная константа материала, а в уравнении (3.2) соответствующий коэффициент b представляет средневзвешенное значение эффективной (кажущейся) энергии активации процесса разрушения в пределах исследованных режимов службы металла.

Результатами многочисленных исследований установлено [57], что существует температурно-силовая область работы металла,, в которой в полной мере подтверждается кинетическая концепция процесса разрушения: энергия активации разрушения адекватна энергии сублимации, а предэкспоненциальный множитель уравнений (3.1) равен периоду тепловых колебаний атомов, т. е. два коэффициента уравнения (3.1) являются вполне определенными физическими константами материала.

Близость энергии активации миграции к энергии активации самодиффузионных процессов свидетельствует о том, что миграция границ контролируется направленным перемещением вакансий. Другими словами, движение границы представляет процесс обмена местами атомов и вакансий (рис. 13.13). По своему атомному механизму и энергии активации миграция занимает некоторое промежуточное положение между самодиффузией по границам и объему зерен. В случаях малоугловых и специальных большеугловых границ обмен местами атомов и вакансий происходит в малоискаженных приграничных зонах, поэтому энергия активации миграции границы будет близка к энергии активации объемной самодиффузии в решетке. По мере разориентации границы и увеличения степени искажения решеток в приграничных зонах доля энергии активации, связанная с образованием и перемещением вакансий, будет уменьшаться. Общая энергия активации миграции будет приближаться к энергии активации самодиффузии по границам. В соответствии с этим большеугловые границы более подвижны, чем малоугловые и специальные. В условиях неравномерного распределения температуры, например при сварке, отмечают, что наиболее интенсивная миграция границ происходит в направлении тепловых потоков. Это, вероятно, обусловлено направленным потоком вакансий от более нагретого к менее нагретому участку металла.

При отдыхе наиболее важный процесс — уменьшение избыточной концентрации вакансий (от Ст до Ct,p). Вакансии мигрируют к дислокациям, границам зерен и внешним поверхностям и там аннигилируют. Междоузельные атомы аннигилируют на краевых дислокациях и при встрече с вакансиями. Скорость отдыха зависит от энергии активации самодиффузии и температуры. При одинаковых относительно 7ПЛ температурах (так называемых гомологических) скорость отдыха

энергии активации движения вакансий (энергии активации самодиффузии). Следовательно, можно заключить, что в условии (2) контролирующим механизмом диссипации энергии является ползучесть. А. Н. Орловым и др. было показано, что в усло&иях сжатия энергия активации ползучести в широком интервале также близка к энергии активации самодиффузии.

Энергия связи между атомами в кристалле может быть оценена косвенно, но достаточно точно, по теплоте испарения L, величине коэффициента линейного расширения а, коэффициента сжимаемости к *, энергии активации самодиффузии Q (табл. 2). Чем больше энергия связи между атомами, тем выше температура плавления (имеются и исключения), меньше коэффициенты линейного расширения и сжимаемости металлов.

(28 100 кгс/мм2) в направ-лении [111]. Коэффициент линейного расширения теллура в направлении, перпендикулярном главной оси, равен 27,2-10"* 1/град, а параллельно главной оси равен — 1,6- 10"6 1/град, т. е. имеет отрицательный знак. Коэффициент самодиффузии висмута в направлении, перпендикулярном к ромбоэдрической оси, примерно в миллион раз больше, чем в параллельном направлении, а энергия активации самодиффузии соответственно составляет 588 и 130 кдж/моль (140 000 и 21 000 кал/моль).

Теоретические расчеты энергии активации самодиффузии меди по четырем указанным механизмам показывают, что при обменном механизме энергия активации Q = •= 1008 кдж/моль (240 ккал/моль), при механизме внедрения Q = 966 кдж/моль (230 ккал/моль), при вакансион-ном механизме Q = 269 кдж/моль (64 ккал/моль), при кольцевом механизме Q — 378 кдж/моль (90 ккал/моль).

Энергия активации самодиффузии меди по экспериментальным данным составляет 210 кдж/моль (50 ккал/моль).

Г. В. Самсонов во взглядах на природу образования покрытий из тугоплавких соединений на металлах и неметаллах исходит в основном из представлений о влиянии стабильных электронных конфигураций на формирование свойств твердого тела.1 Энергию активации самодиффузии автор связывает с возбуждением, необходимым для нарушения электронных конфигураций атомов металлов и неметаллов, которая возрастает при увеличении стабильности этих конфигураций, образуемых локализованными электронами и при уменьшении доли коллективизированных электронов. Рост энергетической стабильности d-состояний с увеличением главного квантового числа ведет к увеличению энергии активации самодиффузии. При одинаковой энергетической стабильности d-электронов величина энергии активации прямо-

Процесс образования силицида никеля в вакууме имеет три стадии. Вначале при температурах выше 1073 К никелевое покрытие разбивается на шарообразные частицы подобно тому, как уже было описано для усов сапфира с никелевым покрытием (разд. II, Г) и углеродных волокон с тем же покрытием (разд. III, В, 2). На второй стадии частицы никеля приобретают фасетчатую форму, причем особенно быстро это происходит в интервале температур 1173—'1373 К. Оценив время, необходимое для появления фасеток на частицах никеля при различных температурах, получаем из уравнения скорости реакции (разд. II, А,2) энергию активации 109 кДж/моль (рис. 22). Предполагается, что это — энергия активации самодиффузии в частицах никеля. На третьей стадии усы смачиваются никелем, и для этого процесса из уравнения скорости реакции получена энергия активации 310 кДж/моль (рис. 22). Эта величина меньше энергии активации диффузии никеля в углеродное волокно (461 кДж/моль), определенной в аналогичных условиях.

Определение кажущейся энергии активации процесса накопления повреждений, проведенное по кинетическим кривым изменений объемной доли микропор, на первой стадии отжига показало, что эта величина сопоставима с энергией активации самодиффузии а-железа и равна 272 кДж/моль.

Значения энергии активации образования (Еоб) и перемещения (Еп) дефектов; а также энергии активации самодиффузии (-Вд) меди,