Фазовые превращения, в частности превращения атомно-кристаллической структуры, происходят при изменении температуры, плавления, а также при изменении вида, числа или соотношения компонентов системы, т.е. химического состава сплава. Все эти структуры используются в современной технологии для получения металлических материалов с заданными свойствами. Наибольшее значение имеют фазовые превращения, обусловленные изменением температуры: температурный полиморфизм (см. ниже), изменение растворимости, упорядочение в твердых растворах. При этом уделяют особое внимание превращениям, которые происходят при непрерывном или ступенчатом охлаждении. Фазовое превращение доходит до конца или прерывается на некоторой промежуточной стадии, обеспечивающей оптимальные свойства материала. Эти свойства определяются не только фазовым составом и свойствами фаз, но и микроструктурой сплава, т.е. дисперсностью и распределением фаз и нарушениями атомно-кристаллической структуры основы сплава или субструктурой зерен. Значение некоторых операций термической обработки состоит именно в том, чтобы сформировать подходящую субструктуру.
Как правило, температура заключительной операции термической обработки выше температуры службы материала, поэтому материал длительное время (иногда неограниченное) сохраняет свою структуру и, следовательно, приданные ему свойства.
Проблема изучения фазовых превращений усложняется тем, что механизм и кинетика фазового превращения одного и того же типа (полиморфное превращение, упорядочение, твердого раствора и т.д.) могут быть существенно различными. Тем не менее, существуют общие для фазовых превращений в твердом состоянии закономерности, а также системы признаков, позволяющих различать, механизмы превращений (по морфологии конечной структуры, временной и температурной зависимостям хода, превращения). Возвращаясь к анализу фазовых превращений в конкретных сплавах, приходится снова рассматривать комбинации разных механизмов превращений, поскольку они могут действовать последовательно (сменять друг друга) или одновременно в структурно различающихся частях материала (у поверхности изделия и в объеме или у границ зерен и внутри зерен). Таким образом, в рассмотрении фазовых превращений должно быть два взаимосвязанных и одинаково важных аспекта: выделение и исследование отдельных типов (или механизмов) фазовых превращений и исследование фазовых превращений во всей их сложности в конкретных сплавах.
Теория фазовых превращений в твердом состоянии использует закономерности, выявленные и хорошо изученные при исследовании процессов конденсации и кристаллизации из расплавов или жидких растворов. Кинетика многих превращений в твердом состоянии описывается, так же как и кинетика процесса кристаллизации, известным уравнением Колмогорова; во многих случаях сохраняет силу представление о параметрах превращения – скорости образования центров и линейной скорости роста; одинаково обосновывается положение о необходимости переохлаждения (или пресыщения). Важное место занимает представление о «кристаллическом» зародыше; в твердом состоянии, как и в жидком, образование новой фазы может начинаться от готовых центров и т.д. Вместе с тем необходимоучесть, что изменение агрегатного состояния (конденсация из пара, кристаллизация из расплава или раствора) всегда представляет собой β-фазовый переход первого рода, однако среди изучаемых превращений в твердом состоянии имеются и превращения второго рода, для которых характерна особая кинетика.
Отметим еще два специфических фактора превращений в кристаллической, среде.
1. Фактор упругой энергии. Изменение свободной энергии ∆Ф при образовании новой фазы в кристаллической среде кроме изменения объемной химической свободной энергии (F2 - F1) υ энергии межфазовых границ (∑αi si (υ ) ) должно обязательно включать энергию поля упругих напряжений (дЕупр/дv) v:
∆Ф=(F2 – F1) v +∑αi si (υ )+ дЕупр / дv ۰υ (197)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.