Фазовые превращения. Общие положения и закономерности, классификация. Аллотропические превращения. Полиморфизм, страница 22

Прерывистый распад (образование ячеек). Колонии или ячейки содержащие две фазы (стабильные или метастабильные), зарождаются на границах зерен или на некогерентных границах двойников и растут внутрь одного из примыкающих зерен (рисунок 89а). Фронт реакции обычно имеет приблизительно сферическую форму, частицы одной из фаз обычно имеют пластинчатую (или волокнистую) форму и регулярно расположены в матрице. В некоторых подробно исследованных системах было установлено, что кристаллографическая ориентировка всех этих частиц в составе одной колонии (в ячейке) одна и та же, так что можно их рассматривать как разветвленный монокристалл. Кристаллографическая ориентировка матрицы в ячейке в случае распада пересыщенного раствора (когда одна из образующихся фаз обязательно изоморфна исходной фазе) совпадает (или очень близка) с ориентировкой соседнего матричного зерна, от которого начинается рост ячейки (рисунок 89б).Последнее обстоятельство позволяет представить превращение как движение больше угловой границы зерен – фронта реакции, подобно движению границ при рекристаллизации. В процессе роста ячейки расстояние между частицами сохраняется примерно постоянным при условии сохранения сферической формы фронта реакции это означает, что по мере роста ячейки должно происходить зарождение новых частиц β-фазы или ветвление β-фазы внутри колоний. Следует отметить преимущественное развитие ячеистого распада пересыщенных твердых растворов. Именно при низких температурах. Не касаясь вопроса о механизмах зарождения центров навой фазы внутри зерен и ячеек распада по границам, можно объяснить преимущественное развитие ячеек наличием коротких и облегченных путей диффузии при дифференциации компонентов пересыщенного твердого раствора вдоль границы зерен – по фронту реакции. Межпластиночные расстояния при изотермических условиях реакции постоянны и уменьшается с понижением температуры. Ячеистый распад с заметной скоростью идет при очень низкой температуре: в системе Pb–Sn при -78°С, в системе тугоплавких металлов, таких как Ni–Аu, при комнатной температуре. Вопрос о механизме ячеистого распада  еще остается предметом теоретических и экспериментальных исследований.

а – микроструктура. ´200;

б – схема микроструктуры при большом увеличении

Рисунок 89 – Ячеистый (прерывистый) распад в сплаве Ni–2 мас. % Ве (старение при 500°С, 10 мин)

Скорость роста ячеек может определяться диффузией в объеме исходной фазы D_об или граничной диффузией, т.е. диффузией вдоль фронта реакции по границе растущей ячейки D_rp. В обоих случаях пути диффузии тем меньше, чем меньше расстояние между пластинами в колонии d. Однако измельчение структуры должно приводить к увеличению поверхностной энергии Е_пов и, следовательно, к уменьшению термодинамического стимула превращения. Конкуренция между фактором сокращения путей диффузии при уменьшении межпластиночного расстояния и фактором уменьшения термодинамического стимула ∆Ф=-∆F(v)+Е_пов устанавливает такое значение d, которое обеспечивает максимальную скорость движения фронта реакции.

Зная коэффициент поверхностного натяжения для фаз, составляющих колонию, можно определить межпластиночное расстояние d_о, при котором термодинамический стимул, а следовательно, и скорость реакции, становятся равными нулю. По Зинеру, который впервые провел такой анализ для эвтектоидного распада, межпластиночное расстояние при максимальной скорости роста колонии d_max = 2d₀, если определяющей является объемная диффузия, и d_max =l,5 d₀, если определяющей является диффузия вдоль границы. При увеличении переохлаждения растет выигрыш объемной свободной энергии и должно уменьшаться d₀ и, следовательно, d_max, т.е. должно происходить измельчение внутренней структуры ячеек. По Тарнбаллу, для прерывистого распада пересыщенного твердого раствора скорость роста ячеек в случае действия объемной диффузии

v=[(c_исх-c_равн)/с_исх/](2D_об/d)                                      (241)