ГЛАВА 5 ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ
5.1. Общие положения и закономерности, классификация
Большой объем накопленной информации по фазовым превращениям в твердом теле определил возможность классифицировать эти превращения по типам и определить их характерные особенности. Понимание структурных и кристаллографических особенностей типичных превращений необходимо для успешного развития металловедения и термической обработки.
Знание специфики превращений в каждом конкретном материале необходимы для глубокого понимания атомного механизма кинетики превращений.
Фазовые превращения в механических системах делятся на два основных класса:
1. Фазовые превращения с зародышем и ростом. Этот класс может быть реализован как изотермическое превращение (процесс может завершиться при постоянной температуре). Важную роль в этом случае играет термическая активация и диффузия.
2. Мартенситные превращения. Реализуются, главным образом, в том случае, если температура непрерывно изменяется (атермическое превращение). Основной характеристикой мартенситных превращений принято считать не атермичность, а изменение формы (объема) области, претерпевшей превращение.
Морфология продуктов фазовых превращений.
Выделение новой фазы инициируется при охлаждении от температур однофазной области существования исходной фазы (твердого раствора до температур, где эта исходная фаза пересыщена).
Медленное охлаждение приводит к ускоренному выделению, в то время как быстрое охлаждение – к торможению выделения. Растворенные атомы группируются в матрице и образуют дисперсные частицы фаз выделения, которые являются важным фактором упрочнения (дисперсионное твердение).
Упрочнение достигает максимальной величины при оптимальной дисперсности частиц фаз, и начинает понижаться еще до того, как частицы станут видимыми в оптическом микроскопе.
Распределение одной фазы в другой может обнаруживать некоторую регулярность (между решетками исходной и конечной фазы имеется определенная кристаллографическая закономерная связь). Семейство кристаллографических площадей матрицы, по которым расположена вторая фаза, обычно называют габитусом.
В ряде случаев кристаллографическое ориентационное соотношение может существовать, если даже нет четко определенного габитуса. Морфология фаз, составляющих твердый раствор, а также фазовые выделения определяют свойства материала, который сильно зависит от природы межфазных границ.
1. Некогерентные границы. Имеют беспорядочную изотропную структуру. Диффузия, как вдоль границы, так и через нее проходит быстро, поэтому подвижность границ высока, пока они не встречают в процессе миграции определенные включения. Такие границы являются типичными границами с высокой энергией в поликристаллическом металле с хаотично ориентированными зернами. Границы этого типа сравнительно легко мигрируют при рекристаллизации и росте зерен.
2. Когерентные границы. Определяют непрерывный переход одной примыкающей к ним кристаллической решетки в другую. Имеют низкую поверхностную энергию. Примыкающие к ним объемы материала имеют сильные искажения, распространяющиеся на значительное расстояние вглубь зерен. Сближение границ замедляется с увеличением угла разориентировки от малоугловых к среднеугловым.
3. Частично когерентные границы. Отличаются наличием определенных дислокационных строений. Решетки по обе стороны от границы вблизи нее несколько деформированы, миграция границы происходит в основном в результате движения дислокаций, нормальных к границе. Этот тип границ также как и полностью когерентные границы, часто образуются на ранних стадиях выделения фаз (обычно метастабильных) из твердого раствора.
Когда выделение происходит одновременно по всей исходной фазе (непрерывное выделение), зародыши стремятся образовываться вблизи скоплений дислокаций. Наиболее ранние примеры непрерывного распада связаны с изучением метеоритов, имеющих видманштеттную структуру, видимую невооруженным глазом. Красивую, регулярную структуру на полированной травленой поверхности Fe-Ni метеорита первым обнаружил в начале 19 века Видманштетт.
Плоскость габитуса.
Плоскость габитуса будет определяться характером взаимодействия между структурами (решеточной матрицы) и фазой выделения. Установлено условие выбора плоскости габитуса, применяемое к большинству сплавов: атомные плоскости матрицы и фазы выделения, сочленяющиеся по межфазной границе, должны иметь подобное атомное строение, межатомное расстояние, т. е. между ними должны быть минимальное несоответствие. Это условие является проявлением более фундаментального правила, определяющего, что поверхностная энергия должна быть минимальной.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
