» » Большеугловые границы зерен
22.01.2015

На большеугловой границе зерен уже не имеется когерентных отношений между зонами решетки. В узкой зоне 2—5 межатомных расстояний принимается, что координационное число и, следовательно, также упорядоченность значительно меньше, чем в кристаллитах. По модели Moттa чередуются при этом зоны хорошего и плохого совпадения.
Другое представление по Ke гласит, что нарушение состояния упорядоченности идет настолько глубоко, что граница зерен становится подобной жидкости, т.е. аморфной структурой. Фактически, вероятно, каждый раз применяемая модель зависит от разности ориентации. До разницы ориентации приблизительно в 30° возрастает энергия границы зерна. При более высокой разности ориентации энергия становится независимой от различия ориентации, так что затем представление об аморфной структуре становится приемлемым.
Большеугловые границы зерен

Высокая степень неупорядоченности большеугловых границ зерен, которую можно сравнить со структурой, похожей на жидкость, обусловливает то, что при повышении температуры последние сначала размягчаются, а затем окончательно расплавляются. Это ведет при механических нагрузках и одновременно при высоких температурах к тому, что процессы скольжения происходят на границах зерен, а не внутри решетки на определенных плоскостях и в заданных направлениях скольжения.
Температура, при которой наступает вязкое скольжение границ зерен при одинаковом напряжении, которое необходимо для пластической деформации по телу зерна, называется эквикогезивной температурой. Образование трещин выше эк-викогезивной температуры характеризуется соответственно разрывом границ зерен (рис. 7.3.4). Значение границы зерна и скольжения границ зерен для жаростойкости ведет к тому, что для деталей, применяемых при высокой температуре, нужно снижать долю границ, что может быть достигнуто с помощью относительно крупного зерна. Так, для лопастей газовых турбин, работающих при высокой температуре, были проведены опыты с лопастями из монокристаллов. Технически лучше реализуются лопасти, имеющие направленное затвердевание. Благодаря этому исключается обычное расположение границ зерен по направлению к нагрузке. Такие лопасти имеют волокнистую структуру, причем границы зерен ориентированы в направлении нагрузки и, таким образом, не подвергаются больше нагрузке из-за вязкого скольжения.
Большая неупорядоченность на границах зерен вызывает также то, что там при соответствующих условиях, например при ненадлежащей обработке отжигом, накапливаются посторонние атомы; они, помимо прочего, ведут к образованию карбидов на границах зерен. Границы зерен действуют при этом до некоторой степени как причина снижения числа дефектов. Благодаря этому может возникнуть охрупчивание границ зерен, которое ведет к малопластичным разрывам вдоль них.
Большеугловые границы зерен

В связи с этим можно также увидеть, что легко диффундирующие атомы, например атомы водорода, главным образом диффундируют вдоль высокой плотности дефектов вакансий на границах зерен в материал. Там водород, рекомбинированный в H2, уже не диффундируя дальше, под высоким давлением способен взламывать границы зерен, т.е. вызывать охрупчивание. Также при окислениях границ зерен и процессах сульфурации границ зерен на них возникают высокие концентрации, так как вследствие образования молекул больше невозможно диффузионное выравнивание.
Вообще через границы зерен в структуру вносится значительная энергия дефектов. Это. свидетельствует о том, что в мелкозернистом материале с высокой долей границ зерен имеется более высокий уровень энергии неупорядоченности, чем в крупнозернистом материале. Соответственно относительно своего положения в электрохимическом ряду мелкозернистый материал будет вести себя неблагоприятнее, чем такой же материал в крупнозернистом состоянии. Это означает, что вообще при более высокой энергии неупорядоченности, т.е. в специальном случае с более высокой долей границ зерен (с более мелким зерном) уменьшается стойкость против коррозии. Это может быть и следствием больших деформаций.
Благодаря более высокой плотности дислокаций, созданных вследствие деформации, уменьшается коррозионная стойкость материала вообще, особенно при высокой степени холодной деформации (рис. 7.3.5).