- Email: [email protected]
Über die beeinflussung der korngrenzenwanderungsgeschwindigkeit durch gelöste fremdatome
Scripta METALLURGICA
Vol. 6, pp. 323-326, 1972 Printed in the United States
UBER DIE B E E I N F L U S S U N G
Pergamon Press, Inc.
DER K O R N G R E N Z E N W A N D E R U N G S G E S C H W I N D I G K E I T
DURCH GE-
LOSTE ~REMDATOME Monika
Feller-Kniepmeier
Elektronenmikroskopisehes Fachbereich
Technische
Universitit
(Received February In den Theorien Metalle,
wie
~ber den Einflu2 worden
sind,
dieser W e c h s e l w i r k u n g digkeit
und
kommt
es zu einer Anreicherung
in Metallen,
Wechselwirkung
Die Abnahme
die gelSste
Theorien
da2 zwischen
zustande,
eine r~cktreibende
Kraft
besteht.
der K o r n Aufgrund
yon Fremdatomen
in der
der K o r n g r e n z e n w a n d e r u n g s g e s c h w i n
Premdatome
dadurch
der
auf das K o r n w a c h s t u m
(2) sowie L~cke und St~we
eine W e c h s e l w i r k u n g s e n e r g i e
ihrer Umgebung.
her entwicKelten
(I), Cahn
wird davon ausgegangen,
und den Fremdatomen
Korngrenze
Berlin
10, 1972)
von Fremdatomen
sie von Lficke und Detert
(3) entwickelt grenze
Labor
Werkstoffwissenschaften
enthalten,
kommt nach den b i s -
da2 die Fremdatome
infolge
auf die sich bewegende
ihrer
Korngrenze
aus~ben. Neuere
Ergebnisse
selbstdiffusion da~ die bisher
~ber den Einflu~
(4,5)
bzw.
diskutierten
Theorien
~en auf die K o r n g r e n z e n b e w e g u n g rameter ist. gaben
des Selbst
eine Erh~hung
stitielle
bei der Selbstdiffusion eine B e e i n f l u s s u n g koeffizienten
in der Gr~2enordnung
in Gegenwart
scheint
werden
um Platzwechselvorg~nge
ein Widerspruch
Fremdatome
zu liegen.
ja gerade
in der N~he
men
stattgefunden
hat,
des Grundgitters
in der Erh~hung
40, wenn das Eisen wurde
der Korngrenze, erh~hte
gegeben
Sowohl
- soweit des Diffusions.
gemessen.
einzelner
Atome handelt
der D i f f u s i o n s m e s s u n g e n
in der eine Anreicherung
so der
dureh sollte
yon Fremdato-
Platzwechselwahrscheinlichkeit
323
wie
(7),
bei der Prim~rrekristallisation
sein.
er-
inter-
des DK und einer Erniedrigung
Nach den Ergebnissen eine
(4,5)
yon 25 ppm enthielt.
- eine Erh~hung
Pa-
gegeben
da2 es sich bei der K o r n g r e n z e n w a n d e r u n g
Korngrenzenwanderungsgeschwindigkeit
Atome
konnte
yon Fremdatomen
Wenn man davon ausgeht, bei der Diffusion
und Leerstellen
als auch bei der H e t e r o d i f f u s i o n
nachgewiesen
Einflu2gr~-
da2 ein zus~tzlicher
~-Eiseneinkristallen
des D o %/ertes um den Faktor
Verunreinigungen
jedoch vermuten,
alle w i c h t i g e n
sondern
yon Premdatomen
DK an hoehreinen
auf die Volumen-
(6) lassen
noeh nicht
erfassen,
dureh die W e c h s e l w i r k u n g
Messungen
von Fremdatomen
die H e t e r o d i f f u s i o n
fur die
324
DER KORNGRENZENWANDERUNGSGESCHWINDIGKEIT
Zur Klirung lisierten werden.
der Verhiltnisse
Kornes
sell
zunichst
in die verformte
Matrix
Es kann davon ausgegangen
keit der Atome lieh h~her
im verformten
in den Gitterverband
ist, hat daher eine geringere
das sich im G i t t e r v e r b a n d untersehiedliehen Wachstum
In einem Metall, dungsenergie
die B e w e g l i c h k e i t scheinliehkeit verformten
jedoeh
ist,
ihr Einflu8
ist.
Je h~her
desto geringer
grund
zu einer Abweichung
erh~ht.
der Atome
Kern wichst
atomen
jedoch nicht
gemessenen
die D o Werte weft
Bereiehe
StDrstellen
yell wirk-
des GefOges
weniger
erzeugte
zusitzlicher
untereinander
der relativ
Fehlordnungsgrad St~rstellen.
kommt
geltenden
zur verformten
im r e k r i s t a l l i s i e r t e n
und die noch
Fremdatomkonzentrationen
Bereiehen
Einflu8
der G i t t e r f e h l e r
der Atome
beliebig
Auf-
es auSerdem
linearen
Konzen-
Matrix gesteigerten
K e r n ergibt
in die Korngrenze
sich eine Erh~-
und das rekristalli-
im Gitter kann dutch den Einbau yon Fremd-
erh~ht werden.
verschiedenen
Bei den D i f f u s i o n s u n t e r s u e h u n -
Reinheitsgrades
(5) und dem Vergleich
aus der Literatur
his zu I 000 ppm erhalten
in Abhingigkeit
(7-9),
die an Eisen mit
worden waren,
vom R e i n h e i t s g r a d
der
zeigt
des Metalles
sich,
da~
einem S~ttigungs-
zustreben.
Im Gegensatz kristallisation Einbau
zur P r i m i r r e k r i s t a l l i s a t i o n
geeigneter
Fremdatome
erh~ht.
Es kann daher nicht Die Behinderung
(1,3) und Cahn
erh~hte
wird
im Fall der Sekundirre-
die P l a t z w e e h s e l w a h r s c h e i n l i e h k e i t
kommen. StOwe
der Platzwechselwahr-
eingebraehten
in den verformten
DK mit E r g e b n i s s e n
~remdatomgehalten
FOr kleine
und damit
langsamer.
Die B e w e g l i e h k e i t gen an R e i n s t e i s e n
Die Verinderung
Kern
hung ihrer A b l ~ s e w a h r s c h e i n l i e h k e i t sierte
der
zu einem
Leerstellenbin-
Leerstellen
der dureh die Verformung
Infolge
Als Folge
es daher
mit positiver
yon der bei hoher Verd~nnung
trationsabh~ngigkeit.
ein-
als ein Atom,
befindet. kommt
for die rekristallisierten
ist der relative
der W e e h s e l w i r k u n g
Bewegliehkeit
Bereiches
das einmal Kornes
Abl~sewahrscheinlichkeit
~remdatome
Zonen nieht gleich groS.
sam, wihrend
Ein Atom,
wesent-
Kornes.
sind die in das rekristallisierte ausgeprigt
K~rnern.
wird die Zahl der effektiven
der Atome
ist
4
des rekristal-
des rekristallisierten
des verformten
das gelbste
enth~it,
No.
betrachtet
der starken Fehlordnung
Platzwechselwahrscheinliehkeiten
des r e k r i s t a l l i s i e r t e n
6,
dab die P l a t z w e c h s e l w a h r s c h e i n l i c h -
infolge
ist als in den r e k r i s t a l l i s i e r t e n
aus der Korngrenze gebaut
der WachstumsprozeB
eines Reinstmetalles
werden,
Bereich
Vol.
Beweglichkeit
auf beiden
zum bevorzugten
Wachstum
der K o r n g r e n z e n w a n d e r u n g
(2) beschriebenen
der Gitteratome
8eiten der Korngrenze
werden.
der beiden
durch die yon LOcke,
~echanismen
der Atome verringert
eines
dutch den
gleichmiSig
sollte
K~rner Detert,
jedoch durch die
Vol.
6, No.
4
DER K O R N G R E N Z E N W A N D E R U N G S G E S C H W I N D I G K E I T
325
Literatur I.
K. L~cke und K. Detert;
2.
J.W.
3.
Cahn; Acta Met.
Aeta Met. ~ 628 (1957)
10 789 (1962)
K. L~cke und H. P. St~we "On the Theory of Grain Boundary Motion" Recovery and Recrystallization
of Metals,
Interscience Publishes
S. 171 (1963) 4.
V. Irmer; Dissertation Berlin 1971
5.
V. Irmer und M. Feller-Kniepmeier;
6.
H. Helfmeier;
Phil. Mag. im Druck
Dissertation Berlin 1969
7.
D. Turnbull;
8.
F.S.
Trans. AIME 191 3 (1951)
9. 10.
D . W . James und G. H. Leak; Phil. Mag. 14 701 (1966) R. Angers und F. Claisse; Canad. Met. Quart. ~ 73 (1968)
Buffington,
K. Hirano und M. Cohen; Acta Met. ~ 434 (1961)
in
Vol. 6, pp. 323-326, 1972 Printed in the United States
UBER DIE B E E I N F L U S S U N G
Pergamon Press, Inc.
DER K O R N G R E N Z E N W A N D E R U N G S G E S C H W I N D I G K E I T
DURCH GE-
LOSTE ~REMDATOME Monika
Feller-Kniepmeier
Elektronenmikroskopisehes Fachbereich
Technische
Universitit
(Received February In den Theorien Metalle,
wie
~ber den Einflu2 worden
sind,
dieser W e c h s e l w i r k u n g digkeit
und
kommt
es zu einer Anreicherung
in Metallen,
Wechselwirkung
Die Abnahme
die gelSste
Theorien
da2 zwischen
zustande,
eine r~cktreibende
Kraft
besteht.
der K o r n Aufgrund
yon Fremdatomen
in der
der K o r n g r e n z e n w a n d e r u n g s g e s c h w i n
Premdatome
dadurch
der
auf das K o r n w a c h s t u m
(2) sowie L~cke und St~we
eine W e c h s e l w i r k u n g s e n e r g i e
ihrer Umgebung.
her entwicKelten
(I), Cahn
wird davon ausgegangen,
und den Fremdatomen
Korngrenze
Berlin
10, 1972)
von Fremdatomen
sie von Lficke und Detert
(3) entwickelt grenze
Labor
Werkstoffwissenschaften
enthalten,
kommt nach den b i s -
da2 die Fremdatome
infolge
auf die sich bewegende
ihrer
Korngrenze
aus~ben. Neuere
Ergebnisse
selbstdiffusion da~ die bisher
~ber den Einflu~
(4,5)
bzw.
diskutierten
Theorien
~en auf die K o r n g r e n z e n b e w e g u n g rameter ist. gaben
des Selbst
eine Erh~hung
stitielle
bei der Selbstdiffusion eine B e e i n f l u s s u n g koeffizienten
in der Gr~2enordnung
in Gegenwart
scheint
werden
um Platzwechselvorg~nge
ein Widerspruch
Fremdatome
zu liegen.
ja gerade
in der N~he
men
stattgefunden
hat,
des Grundgitters
in der Erh~hung
40, wenn das Eisen wurde
der Korngrenze, erh~hte
gegeben
Sowohl
- soweit des Diffusions.
gemessen.
einzelner
Atome handelt
der D i f f u s i o n s m e s s u n g e n
in der eine Anreicherung
so der
dureh sollte
yon Fremdato-
Platzwechselwahrscheinlichkeit
323
wie
(7),
bei der Prim~rrekristallisation
sein.
er-
inter-
des DK und einer Erniedrigung
Nach den Ergebnissen eine
(4,5)
yon 25 ppm enthielt.
- eine Erh~hung
Pa-
gegeben
da2 es sich bei der K o r n g r e n z e n w a n d e r u n g
Korngrenzenwanderungsgeschwindigkeit
Atome
konnte
yon Fremdatomen
Wenn man davon ausgeht, bei der Diffusion
und Leerstellen
als auch bei der H e t e r o d i f f u s i o n
nachgewiesen
Einflu2gr~-
da2 ein zus~tzlicher
~-Eiseneinkristallen
des D o %/ertes um den Faktor
Verunreinigungen
jedoch vermuten,
alle w i c h t i g e n
sondern
yon Premdatomen
DK an hoehreinen
auf die Volumen-
(6) lassen
noeh nicht
erfassen,
dureh die W e c h s e l w i r k u n g
Messungen
von Fremdatomen
die H e t e r o d i f f u s i o n
fur die
324
DER KORNGRENZENWANDERUNGSGESCHWINDIGKEIT
Zur Klirung lisierten werden.
der Verhiltnisse
Kornes
sell
zunichst
in die verformte
Matrix
Es kann davon ausgegangen
keit der Atome lieh h~her
im verformten
in den Gitterverband
ist, hat daher eine geringere
das sich im G i t t e r v e r b a n d untersehiedliehen Wachstum
In einem Metall, dungsenergie
die B e w e g l i c h k e i t scheinliehkeit verformten
jedoeh
ist,
ihr Einflu8
ist.
Je h~her
desto geringer
grund
zu einer Abweichung
erh~ht.
der Atome
Kern wichst
atomen
jedoch nicht
gemessenen
die D o Werte weft
Bereiehe
StDrstellen
yell wirk-
des GefOges
weniger
erzeugte
zusitzlicher
untereinander
der relativ
Fehlordnungsgrad St~rstellen.
kommt
geltenden
zur verformten
im r e k r i s t a l l i s i e r t e n
und die noch
Fremdatomkonzentrationen
Bereiehen
Einflu8
der G i t t e r f e h l e r
der Atome
beliebig
Auf-
es auSerdem
linearen
Konzen-
Matrix gesteigerten
K e r n ergibt
in die Korngrenze
sich eine Erh~-
und das rekristalli-
im Gitter kann dutch den Einbau yon Fremd-
erh~ht werden.
verschiedenen
Bei den D i f f u s i o n s u n t e r s u e h u n -
Reinheitsgrades
(5) und dem Vergleich
aus der Literatur
his zu I 000 ppm erhalten
in Abhingigkeit
(7-9),
die an Eisen mit
worden waren,
vom R e i n h e i t s g r a d
der
zeigt
des Metalles
sich,
da~
einem S~ttigungs-
zustreben.
Im Gegensatz kristallisation Einbau
zur P r i m i r r e k r i s t a l l i s a t i o n
geeigneter
Fremdatome
erh~ht.
Es kann daher nicht Die Behinderung
(1,3) und Cahn
erh~hte
wird
im Fall der Sekundirre-
die P l a t z w e e h s e l w a h r s c h e i n l i e h k e i t
kommen. StOwe
der Platzwechselwahr-
eingebraehten
in den verformten
DK mit E r g e b n i s s e n
~remdatomgehalten
FOr kleine
und damit
langsamer.
Die B e w e g l i e h k e i t gen an R e i n s t e i s e n
Die Verinderung
Kern
hung ihrer A b l ~ s e w a h r s c h e i n l i e h k e i t sierte
der
zu einem
Leerstellenbin-
Leerstellen
der dureh die Verformung
Infolge
Als Folge
es daher
mit positiver
yon der bei hoher Verd~nnung
trationsabh~ngigkeit.
ein-
als ein Atom,
befindet. kommt
for die rekristallisierten
ist der relative
der W e e h s e l w i r k u n g
Bewegliehkeit
Bereiches
das einmal Kornes
Abl~sewahrscheinlichkeit
~remdatome
Zonen nieht gleich groS.
sam, wihrend
Ein Atom,
wesent-
Kornes.
sind die in das rekristallisierte ausgeprigt
K~rnern.
wird die Zahl der effektiven
der Atome
ist
4
des rekristal-
des rekristallisierten
des verformten
das gelbste
enth~it,
No.
betrachtet
der starken Fehlordnung
Platzwechselwahrscheinliehkeiten
des r e k r i s t a l l i s i e r t e n
6,
dab die P l a t z w e c h s e l w a h r s c h e i n l i c h -
infolge
ist als in den r e k r i s t a l l i s i e r t e n
aus der Korngrenze gebaut
der WachstumsprozeB
eines Reinstmetalles
werden,
Bereich
Vol.
Beweglichkeit
auf beiden
zum bevorzugten
Wachstum
der K o r n g r e n z e n w a n d e r u n g
(2) beschriebenen
der Gitteratome
8eiten der Korngrenze
werden.
der beiden
durch die yon LOcke,
~echanismen
der Atome verringert
eines
dutch den
gleichmiSig
sollte
K~rner Detert,
jedoch durch die
Vol.
6, No.
4
DER K O R N G R E N Z E N W A N D E R U N G S G E S C H W I N D I G K E I T
325
Literatur I.
K. L~cke und K. Detert;
2.
J.W.
3.
Cahn; Acta Met.
Aeta Met. ~ 628 (1957)
10 789 (1962)
K. L~cke und H. P. St~we "On the Theory of Grain Boundary Motion" Recovery and Recrystallization
of Metals,
Interscience Publishes
S. 171 (1963) 4.
V. Irmer; Dissertation Berlin 1971
5.
V. Irmer und M. Feller-Kniepmeier;
6.
H. Helfmeier;
Phil. Mag. im Druck
Dissertation Berlin 1969
7.
D. Turnbull;
8.
F.S.
Trans. AIME 191 3 (1951)
9. 10.
D . W . James und G. H. Leak; Phil. Mag. 14 701 (1966) R. Angers und F. Claisse; Canad. Met. Quart. ~ 73 (1968)
Buffington,
K. Hirano und M. Cohen; Acta Met. ~ 434 (1961)
in