Зона без осадков
В материаловедении зона без выделений ( PFZ ) относится к микроскопическим локализованным областям вокруг границ зерен , свободным от выделений (твердых примесей, вытесняемых наружу из зерна во время кристаллизации ). Это обычное явление, возникающее в поликристаллических материалах ( кристаллических материалах со стохастически ориентированными зернами), где гетерогенное зарождение выделений является доминирующим механизмом зародышеобразования . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Это связано с тем, что границы зерен представляют собой высокоэнергетические поверхности, которые действуют как стоки для вакансий , в результате чего области, прилегающие к границе зерна, становятся лишенными вакансий. [ 4 ] Поскольку энергетически выгодно, чтобы гетерогенное зародышеобразование происходило преимущественно вокруг богатых дефектами участков, таких как вакансии, зарождение выделений затрудняется в областях без вакансий, непосредственно прилегающих к границам зерен. [ 4 ]
История
[ редактировать ]Новаторские исследования по теории [ 5 ] и экспериментальное наблюдение [ 6 ] ПФЗ были созданы в 1960-х годах.
Влияние на свойства материала
[ редактировать ]ПФЗ вредны для механических свойств материалов. [ 3 ] В частности, PFZ ухудшают твердость материала, поскольку отсутствие выделений в PFZ приводит к тому, что в этих областях становится меньше мест закрепления. Движение дислокаций – условие, необходимое для текучести материала – потребует значительно меньшего приложенного напряжения сдвига в PFZ, и, следовательно, эти локально слабые зоны приведут к пластической деформации. [ 7 ] [ 8 ] Также было обнаружено, что ширина PFZ отрицательно коррелирует с межкристаллитным разрушением. [ 1 ] [ 7 ] [ 8 ]
PFZ также ускоряют точечную коррозию и коррозионное растрескивание под напряжением , значительно сокращая срок службы этих материалов в химически агрессивных средах. [ 9 ]
Методы минимизации
[ редактировать ]Было показано, что PFZ можно минимизировать путем закалки . Во-первых, закалка увеличивает переохлаждение , способствуя гомогенному зародышеобразованию в PFZ, поскольку снижает энергетический барьер зародышеобразования даже в отсутствие мощных центров зародышеобразования. Кроме того, низкие температуры также приводят к снижению скорости диффузии, сводя к минимуму потерю вакансий и преждевременный рост зернограничных выделений. [ 5 ] Однако, поскольку скорость диффузии при низких температурах подавляется, время старения (время, необходимое для обработки для получения зерна желаемого размера) будет длительным. Следовательно, один из методов обработки, позволяющий обойти это, заключается в небольшом повышении температуры после того, как образуется достаточное количество гомогенных центров зародышеобразования. Другой метод минимизации ПФЗ — введение примесных элементов, поскольку они сильно взаимодействуют с вакансиями и позволяют более равномерно распределить вакансии в материале. [ 10 ] [ 5 ] [ 11 ] Одним из примеров может быть введение Mg в алюминиевые сплавы. [ 3 ]
Циклическое упрочнение (CS) — процесс, при котором материал неоднократно механически толкается и вытягивается при комнатной температуре, создает мелкие выделения, которые равномерно распределяются по микроструктуре. [ 12 ] Он был предложен в качестве альтернативы обычным сплавам дисперсионной закалки, поскольку этот процесс обеспечивает эффект упрочнения без введения PFZ.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Севарейд, Сондре (2017). Влияние зон, свободных от выделений, на пластичность при растяжении и сопротивление раздиру алюминиевых сплавов 6000 - Экспериментальное и численное исследование . 108 (Магистерская диссертация).
- ^ Мальдонадо, Р.; Нембах, Э. (1 января 1997 г.). «Образование зон, свободных от выделений, и рост зернограничных карбидов в суперсплаве NIMONIC PE16 на основе никеля» . Акта Материалия . 45 (1): 213–224. Бибкод : 1997AcMat..45..213M . дои : 10.1016/S1359-6454(96)00139-5 . ISSN 1359-6454 .
- ^ Jump up to: а б с Сун, Цзе; Филд, Роберт; Конитцер, Дуг; Кауфман, Майкл (01 мая 2017 г.). «Развитие зернограничных зон, свободных от выделений, в сплаве Ni-Mo-Cr-W» . Металлургические и сырьевые операции А . 48 (5): 2425–2434. Бибкод : 2017MMTA...48.2425S . дои : 10.1007/s11661-017-4019-8 . ISSN 1543-1940 . S2CID 135962524 .
- ^ Jump up to: а б Чен, YQ; Пан, ИП; Тан, Юго-Запад; Лю, WH; Тан, КП; Сюй, финансовый год (01 августа 2016 г.). «Механизмы образования и эволюция свободных от выделений зон на границах зерен в сплаве Al – Cu – Mg – Mn при гомогенизации» . Журнал материаловедения . 51 (16): 7780–7792. Бибкод : 2016JMatS..51.7780C . дои : 10.1007/s10853-016-0062-x . ISSN 1573-4803 . S2CID 99053278 .
- ^ Jump up to: а б с Эмбери, JD; Николсон, Р.Б. (1 апреля 1965 г.). «Зарождение осадков: Система Al-Zn-Mg» . Акта Металлургика . 13 (4): 403–417. дои : 10.1016/0001-6160(65)90067-2 . ISSN 0001-6160 .
- ^ Анвин, ПН Т; Лоример, Г.В.; Николсон, Р.Б. (1 ноября 1969 г.). «Происхождение зоны, свободной от зернограничных выделений» . Акта Металлургика . 17 (11): 1363–1377. дои : 10.1016/0001-6160(69)90154-0 . ISSN 0001-6160 .
- ^ Jump up to: а б Крол, Торстен; Байтер, Дитмар; Нембах, Экхард (14 апреля 2003 г.). «Количественная оценка вредного воздействия зон без выделений на предел текучести суперсплава» . Скрипта Материалия . Набор ViewPoint №29 «Фазовые превращения и деформации в магниевых сплавах». 48 (8): 1189–1194. дои : 10.1016/S1359-6462(02)00566-3 . ISSN 1359-6462 .
- ^ Jump up to: а б Огура, Том; Хиросава, Сёичи; Черри, Альфред; Сато, Тацуо (01 октября 2010 г.). «Атомно-зондовая томография наноразмерных микроструктур в зонах, свободных от выделений, в сплавах Al–Zn–Mg(–Ag)» . Акта Материалия 58 (17): 5714–5723. Бибкод : 2010AcMat..58.5714O . дои : 10.1016/j.actamat.2010.06.046 . ISSN 1359-6454 .
- ^ Талбот, Дэвид Э.Дж.; Талбот, Джеймс Д.Р. (29 января 2018 г.). Коррозионная наука и технология . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4987-5242-8 .
- ^ Яо, ДП; Чжан, Ю.З.; Ху, ZQ; Ли, ГГ; Ши, CX (1 апреля 1989 г.). «Формирование и рост ПФЗ на границе зерен в сплаве Al-11,9ат.-%Li» . Скрипта Металлургика . 23 (4): 537–541. дои : 10.1016/0036-9748(89)90447-X . ISSN 0036-9748 .
- ^ Цзэн, Ю-Чи; У, Чи-Тин; Ли, Шэн-Лонг (15 декабря 2015 г.). «Влияние следов Sc на закалочную чувствительность сплавов AL–7Si–0,6 Mg» . Материалы писем . 161 : 340–342. Бибкод : 2015MatL..161..340T . дои : 10.1016/j.matlet.2015.08.108 . ISSN 0167-577X .
- ^ Солнце, Вэньвэнь; Чжу, Юман; Марсо, Росс; Ван, Линъюй; Чжан, Ци; Гао, Сян; Хатчинсон, Кристофер (март 2019 г.). «Дисперсионное упрочнение алюминиевых сплавов за счет циклической пластичности при комнатной температуре» . Наука . 363 (6430): 972–975. Бибкод : 2019Sci...363..972S . дои : 10.1126/science.aav7086 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 30819960 . S2CID 67876915 .