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Penetration of tin and zinc along tilt grain boundaries 43° [100] in Fe-5 at.% Si alloy: Premelting phase transition?

1991; Elsevier BV; Volume: 39; Issue: 4 Linguagem: Inglês

10.1016/0956-7151(91)90131-j

1873-2879

Eugen Rabkin, В. Н. Семенов, L.S. Shvindlerman, Boris B. Straumal,

Aluminum Alloy Microstructure Properties

Tin and zinc penetration along the tilt grain boundary 43° [100] in b.c.c. Fe-5 at.% Si alloy is studied in the temperature range from 652 to 975°C. Wetting transition of grain boundary by the tin-rich melt at Tw = 810 ± 5°C is observed. About Tw there is a thin wetting film at grain boundary. With zinc penetration along the grain boundary a wetting film has been observed at all temperatures studied. Behind that film there is a region with an unusually high diffusivity of zinc, and below that region there is a region of “ordinary” grain boundary diffusivity. Such a phenomenon may be explained in terms of the phase transition “grain boundary-thin wetting film on the boundary”, which is commonly known as a premelting phase transition. A model is proposed which explains the form of the temperature dependence of the concentration cBt, at which such transition occurs, and, in particular, the influence of the “paramagnet-ferromagnet” transition in the bulk on the premelting transition. The influence of the temperature dependence of the volume solubility limit, c0, on the cBt(T) dependence is also discussed. In critical region below Curie point Tc critical exponents d of magnetic part of activation free energy of bulk and grain boundary diffusion are calculated. Critical index d for grain boundary diffusion by premelting layer, as well as activation energy in paramagnetic region, lies in the interval between bulk values of d and estimation of d for truly two-dimensional grain boundary diffusion. Onétudie la pénétration de l'étain et du zinc dans le joint grains de flexion 43° [100] dans l'alliage cc Fe-5 at.% Si dans la gamme de températures de 652à975°C. A Tw = 810 ± 5°C. On observe une transition de mouillage du joint de grains par la phase fondue riche enétain. Au dessus de Tw, apparait un film mince mouillant suivant le joint de grains. Avec la pénétration du zinc dans le joint de grains, on observe un film mouillant dans tout l'intervalle de températurétudié. Derrière ce film, il existe une région aùla diffusion du zinc est anormalement rapide, et au dessous de cette région, une autre oùla diffusion intergranulaire est “normale”/ On peut expliquer ce phénomène en se référantàune transformation de phases “joint de grains-film mince mouillant au joint”, connue habituellement sous le nom de préfusion. On propose un modèle qui explique le mode de dépendance de la concentration cBt, àlaquelle se produit cette transformation, en fonction de la température et qui explique, en particulier, l'influence de la transition “para-ferromagnétique” en volume sur la transformation de préfusion. L'influence de la dépendance, en fonction de la température, de la limite de solubilitéen volume c0 sur la fonction cBt(T) est discutée. Dans le domaine critique, au dessous du point de Curie Tc, on calcule les exposants critiques d de la partie magnétique de l'énergie libre d'activation de la diffusion en volume et de la diffusion intergranulaire. L'indice critique d pour la diffusion intergranulaire sur une couche préfondue se trouve compris entre les valeurs de d volume et l'estimation de d pour une diffusion intergranulaire vraiment bidimensionelle. Das Eidringen von Zinn und Zink an der [100]- 43°-Kippkorngrenze in der krz Legierung Fe-5 At. - % Si wurde im Temperaturbereich von 652 bis 975°C untersucht. Ein Phasenübergang der Benetzung der Korngrenze durch die Zinnreiche Schmelze wird bei Tw = 810 ± 5°C beobachtet. Oberhalb von Tw liegt ein dünner benetzender Film an der Korngrenze. Bei Durchdringungsversuchen mit Zink war die benetzende Schicht im gesamten Temperaturbereich vorhanden. Unterhalb dieses Filmes findet sich eine Zone ungewöhnlich hoher Zink-Diffusion, und darunter eine Zone “normaler” Korngrenz-diffusion. Eine solche Erscheinung kann mit einem Phasenübergang “Korngrenze-dünner benetzender Film an der Korngrenze” beschrieben werden, der als Phasenübergang des Vorschmelzens bekannt ist. Es wird ein Modell vorgeschlagen, welches die Form der Temperaturabhängigkeit der Konzentration cBt, bei der ein solcherÜbergang auftritt, und insbesondere den Einfluβ desÜberganges “Paramagnet-Ferromagnet” im Volumen auf den Vorschmelz-Übergang erklärt. Der Einfluβ der Temperature-abhängigkeit der Volumlöslichkeitsgrenze c0 auf die cBt-Abhängigkeit wird ebenso diskutiert. Im kritischen Bereich unterhalb des Curie-Punktes T0 wurden die kritischen exponenten des magnetischen Teiles der freien Aktivierungsenergie für Volum- und Korngrenzdiffusion berechnet. Der kritische Exponent d für Korngrenzdiffusion durch die Vorschmelzschicht, wie auch die Aktivierungsenergie im paramagnetischen Zustand, liegt zwischen dem Volumwert von d und der Abschätzung von d für echte zweidimensionale Korngrenzdiffusion.