IMG 6 207 (2)

206 8. Defekty struktury krystalicznej

0)

kierunek

przeskoków

atomów

W o

B

odległość

Rys. 8.37. Migracja granicy ziarna: a) mechanizm ruchu, b) bariera potencjału

ziarno

2

Migracja stosunkowo stabilnych granic wąskokątowych ma charakter ruchu bezdyfuzyjnego. Przemieszczanie się granicy polega na zespołowym poślizgu tworzących się dyslokacji. Niezbędnej siły napędowej dostarcza naprężenie zewnętrzne. Taki mechanizm ruchu symetrycznych granic nachylonych i skręconych stwierdzono doświadczalnie, przy kątach dezorientacji mniejszych od 2°.

Migracja ruchliwych granic szerokokątowych ma charakter ruchu dyfuzyjnego. W metalach wysokiej czystości następuje samodyfuzja atomów przez granicę w kierunku przeciwnym do jej ruchu (rys. 8.37a). Elementarny przeskok atomu przez granicę z punktu B do A wymaga pokonania bariery potencjału AC₂. Prawdopodobieństwo równoczesnych przeskoków z punktu A do B jest mniejsze wobec większej bariery potencjału AG, (rys. 8.37b). Dzięki większej częstości przeskoków atomów z ziarna 2 do ziarna 1 granica przemieszcza się w głąb ziarna 2. W metalach technicznej czystości w obszarze granicy ziarna stężenie atomów obcych jest większe od wartości średniej. Migracja granicy jest uwarunkowana szybkością dyfuzji najwolniej dyfundujących atomów obcych. Niezależnie oddziaływanie przyciągające atomów obcych i granicy hamuje jej ruch.

Pokonanie bariery potencjału wymaga aktywacji cieplnej, toteż podstawowym warunkiem efektywnego ruchu dyfuzyjnego granic ziarn jest dostatecznie wysoka temperatura.

Dyfuzyjny ruch granic szerokokątowych hamują dyspersyjne wydzielenia obcych faz. Wędrująca granica, analogicznie do linii dyslokacji, może pokonywać te wydzielenia w drodze omijania albo przechodzenia, ale wymaga to dostatecznego przyrostu siły napędowej (wzrostu temperatury). Wydzielenia dyspersyjne przeciwdziałają rozrostowi ziarn roztworu stałego, ale ich skuteczność jest ograniczona do temperatury, w której ulegają rozpuszczeniu w roztworze. Tak na przykład rozrost ziarn austenitu hamują wydzielenia A1N do 950 -r- 1050°C, węglików V, Nb, Zr typu MC lub węgloazotków tych metali typu M(CN) do 1100 -r 1200°C.

Granice wąskokątowe powstają podczas krystalizacji z fazy ciekłej jako efekt zrastania się gałęzi dendrytów oraz w fazie stałej podczas wygrzewania metalu uprzednio odkształconego plastycznie.

Granice szerokokątowe niesprzężone powstają podczas krystalizacji z fazy ciekłej lub gazowej jako wynik dużej liczby zarodków krystalizacji oraz w fazie stałej podczas rekrystalizacji.

Granice szerokokątowe sprzężone powstają' głównie w fazie stałej podczas przemian fazowych: wydzielania fazy przesycającej z roztworu stałego oraz rozpadu eutektoidalnego na dwie inne fazy.

8.4.2. Błędy ułożenia

Jak już wspomniano, w gęsto wypełnionych strukturach metalicznych RSC (Al) lub HZ (A3) występują płaszczyzny o heksagonalnej symetrii z jednakowym gęstym ułożeniem atomów, odpowiednio (111) lub (0001) (rys. 1.14a). Aby warunek najgęstszego ułożenia był spełniony, druga płaszczyzna heksagonalna musi mieć środki atomów przesunięte w stosunku do pierwszej (rys. 1.14b), natomiast trzecia może mieć środki atomów pokrywające się z pierwszą albo jeszcze bardziej przesunięte (rys. I.14c). W strukturze HZ sekwencja płaszczyzn gęstego ułożenia odpowiada pierwszemu wariantowi (AB, AB, AB,..), a w strukturze RSC - drugiemu wariantowi (ABC, ABC, ABC,...).

Zaburzenia w kolejności występowania płaszczyzn na przekroju całego kryształu albo jego części stanowią błędy ułożenia.

W płaszczyźnie heksagonalnej poślizg wywołany częściową dyslokacją o wektorze Burgersa b, w części płaszczyzny przemieszcza atomy w odmienne od pierwotnych, lecz równie stabilne pozycje (rys. 8.38). Poślizg wywołany dyslokacją częściową

Rys. 8.38. Błąd ułożenia w płaszczyźnie (111) struktury RSC

o wektorze Burgersa b₂ w dalszej części płaszczyzny przemieszcza atomy w pozycje pierwotne. Część płaszczyzny między obu jednoimiennymi dyslokacjami, o odmiennym rozkładzie atomów, stanowi błąd ułożenia. Działanie odpychające między dyslokacjami dąży do powiększenia szerokości błędu ułożenia, czemu przeciwdziała wzrost jego energii powierzchniowej. Stanowi równowagi obu rodzajów energii odpowiada równowagowa szerokość błędu ułożenia, co opisuje przybliżone równa-