Развитие процесса выделения приводит к изменению состава маточной фазы – твердого раствора между растущими центрами.
До сих пор рассматривали рост частиц при выделении избыточного компонента непосредственно из твердого раствора. Однако структурные изменения при распаде твердых растворов на этом не заканчиваются. Когда частицы имеют достаточна большой размер, а пресыщение становится очень малым, структура изменяется благодаря процессу коалесценции – росту более крупных частиц за счет растворения мелких. Анализ этой последней стадии структурных изменений при распаде твердых растворов имеет важное практическое значение. Уже при термической обработке в теплоустойчивых сплавах должен в известных пределах идти процесс коалесценции, стабилизирующий структуру; явление коалесценции следует рассматривать при анализе структурных изменений в процессе службы жаропрочных и теплоустойчивых сплавов. Анализ процесса коалесценции проведен И. М. Лифшицем и В. В. Слезовым.
В основе всех рассмотренных выше случаев анализа процесса выделения взяты уравнения нормальной химической диффузии, в которых поток атомов принимается пропорциональным градиенту концентрации. Однако в реальных системах должны возникать еще потоки атомов под действием градиента напряжений, вызванных дислокациями и другими дефектами матричного кристалла или дефектами, развивающимися в процессе самого выделения (различия в удельных объемах фаз, изменение формы превращенного объема и особенности строения поверхности границы раздела фаз). Поскольку само по себе образование раствора связано изменением объема, градиент концентрации твердого раствора должен давать в свого очередь градиент упругих напряжений. Таким образом, происходит наложение структурных и концентрационных напряжений. Среди эффектов взаимодействия примесей и выделений с дислокациями широко известны как в отношении теории, так и в экспериментальных исследованиях два эффекта – образование атмосфер Коттрелла возле дислокаций и зарождение новых фаз на дислокациях.
Первый из этик эффектов относится в большей степени к непересыщенным растворам в связи со свойством «насыщения» атмосфер, второй прежде всего относится к некогерентным выделениям, так как стимулом выделения на дислокациях считается релаксация напряжений от дислокаций благодаря потере когерентности. Однако имеются основания считать, что атмосферы возле дислокаций в пересыщенном твердом растворе могут быть устойчивыми центрами его расслоения, а возле дислокаций могут преимущественно возникать и когерентные частицы, и частицы изоморфных матрице фаз.
Кинетика роста выделения с учетом анизотропии суммарных потоков атомов рассмотрена Л. А. Александровым и Б. Я. Любовым.
Для толщины пластинчатого выделения в условиях преобладающего влияния дрейфа получена зависимость от времени
(240)
y(t) ~ √Dэфt (241)
Очевидно, что при низкой температуре, когда релаксация структурных напряжений идет медленно, их роль в кинетике процесса выделения может быть определяющей. Они придают реакции выделения автокаталитический характер, а нормальная диффузия может оказаться фактором, тормозящим процесс (рисунок 88).
Рисунок 88 – Распределение концентрации растворенного компонента
у границы растущего кристалла (1) в случае определяющей роли нормальной диффузии (а) и дрейфа (б).
Стрелками показаны направления нормальных диффузионных потоков;
u* – сложная безразмерная текущая координата, учитывающая кривизну края пластины
При спинодальном распаде диффузионные потоки в отличие от рассмотренных процессов роста частиц направлены в сторону создания и усиления градиентов концентрации.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.