Grain boundary self-diffusion in high-purity Fe-50 and 60 mass % Cr alloys

Autodiffusion intergranulaire dans des alliages de haute pureté Fe-50 et 60 % Cr (% en masse)

¹ Department of Materials Science, Graduate School of Engineering, Tohoku University, Aoba-yama 02, Sendai 980-8579, Japan
² Institute for Materials Research, Tohoku University, Sendai 980-8577, Japan

Abstract

Grain boundary diffusivity of ⁵¹Cr and ⁵⁹Fe in high purity Fe-50 mass% Cr and Fe-60 mass% Cr alloys have been measured in the temperature range from 473 to 1273 K by use of a serial lathe sectioning technique. Below 653 K, the grain boundary diffusivity has been determined from the type C kinetics, whereas above 923 K it has been obtained from the type B kinetics. Linear Arrhenius lines have been observed for both types of B and C kinetics. Putting the grain boundary width δ at 5.10^–10 m for the type B kinetics, the Arrhenius lines for the grain boundary self-diffusion coefficients D_gb in Fe-50 mass% Cr alloy obtained from both types kinetics are smoothly expressed as a single line. They can be expressed as :

[math] for chromium and

[math] for iron.

The grain boundary diffusivities of ⁵¹Cr and ⁵⁹Fe in Fe-60 mass% Cr alloy measured above 973 K are only slightly larger than those in Fe-50 mass% Cr alloy. The ratio of the activation energy for grain boundary diffusion to that for volume diffusion in the Fe-50 mass% Cr alloy is 0.35 which is much smaller than 0.6-0.7 observed in many metals and alloys.

Résumé

Les coefficients de diffusion intergranulaire de ⁵¹Cr et ⁵⁹Fe dans des alliages de haute pureté Fe-50 % Cr et Fe-60 % Cr (% en masse) ont été mesurés dans l’intervalle de températures 473-1273 K par une méthode de sectionnement. Au-dessous de 653 K, la diffusivité intergranulaire a été déterminée selon la cinétique de type C, alors que au-dessus de 923 K elle a été obtenue par la cinétique de type B. Une relation linéaire d’Arrhenius a été observée pour les deux types de cinétiques B et C. En prenant une largeur de joint de grain δ de 5.10^–10 m pour la cinétique de type B, les relations d’Arrhenius pour les coefficients d’autodiffusion intergranulaire D_gb dans l’alliage Fe-50 %Cr et pour les deux types de cinétiques sont représentées par une seule droite. On peut les écrire : pour le chrome et pour le fer.

[math] pour le chrome et

[math] pour le fer.

Les coefficients de diffusion de ⁵¹Cr and ⁵⁹Fe dans l’alliage Fe-60 % Cr (% en masse) mesurés au dessus de 973K sont légèrement supérieurs à ceux de Fe-50 %. L’énergie d’activation pour la diffusion intergranulaire par rapport à la diffusion en volume est de 0. 35 dans Fe-50 % Cr, ce qui est beaucoup plus faible que la valeur 0. 6-0. 7 trouvée pour de nombreux métaux et alliages.