Фазовые превращения. Общие положения и закономерности, классификация. Аллотропические превращения. Полиморфизм, страница 23

где с_исх – состав исходной (маточной) фазы;

с_Равн – равновесный состав твердого раствора.

При определяющем действии граничной диффузии имеем

v=[(c_исх-c_равн)/с_исх ](D_грl/d²)                              (242)

где l– толщина границы раздела ячейка – маточная фаза; обычно в диффузионных расчетах она принимается равной 5·10^-8 см).

Для решения вопроса о действующих путях диффузии при росте ячеек кроме оценки д/д_о измеряли скорость движения фронта реакции v и температурную зависимость этой скорости (для сопоставления энергии активации роста ячеек и значений энергии активации граничной и объемной диффузии). Определяли также значения скорости роста и межпластиночные расстояния. Согласно существующим моделям, если процесс контролируется объёмной диффузией,

vd² = const,                                               (243)

если диффузией по границе,

vd³ = const.                                             (244)

Исследовали эвтектоидный распад в системе Cu–In. Эвтектоидный распад в исходном монокристальном образце проводили при нагреве ограниченной области образца токами высокой частоты с заданным градиентом температуры, что обеспечивало направленный рост колоний и отсутствие огрубления структуры за фронтом реакции распада. Малый объемный эффект превращений (0,6°/_о сжатие) и использование сравнительно узкого температурного интервала превращения (30°С) позволяли не учитывать влияния температуры и фактора кинетического переохлаждения.

При малых скоростях роста (<2,5 мм/ч) действует закон vd^1.80+0.2 = const, что свидетельствует о контролирующем действии объемной диффузии; при увеличении скорости роста (от 2,5 до 80 мм/ч) показатель степени постепенно растет до 3,35 + 0,25, что соответствует действию граничной диффузии. При исследовании образования перлита в эвтектоидной стали получили значение показателя степени в уравнении vd^p = const в пределах р = 2,3 – 2,7, что не позволило решить вопрос о действующих путях диффузии.

При таких превращениях фазы зарождаются, главным образом, из частиц на границах зерен и дефектах. Происходит рост сразу двух фаз и чередующиеся частицы (пластинки), имеющие различную кристаллическую структуру и состав образуют колонии, растущие в однофазной исходной матрице (если в железе, то аустенит).

Рисунок 90 – Структура перлита, образованного при эвтектоидном распаде углеродистой стали

При прерывистом выделении состав продуктов в среднем равен составу исходной фазы. Разветвления структуры имеет место в условиях повторяющегося зарождения. Расстояние между отдельными пластинками сохраняется приблизительно постоянным, если двумерные области растут поперек в изометрических условиях. Это расстояние можно регулировать как температурой превращения, степенью переохлаждения, так и скоростью охлаждения.

Металлографические исследования показали, что цементит и феррит в перлите ведут себя при превращении аустенита в перлит как равноценные фазы; что каждая из них может стать активным зародышем.

Феррит и цементит могут иметь определенные ориентационные соотношения с аустенитной матрицей.

Результаты микроскопических и микродифракционных исследований дают предположение, что ориентационные соотношения цементита и феррита относительно аустенита играют заметную роль в образовании перлитной структуры.

При исследовании ячеистого распада пересыщенных твердых растворов в сплавах Ni-Ti и Со-Ta сделаны выводы о действии механизма объемной диффузии, хотя большинство исследований кинетики говорит о контролирующем действии граничной диффузии. При анализе кинетики распада твердых растворов важно учитывать влияние возможного непрерывного распада перед фронтом ячеистого распада. Поэтому особенно интересно исследование роста ячеек начиная с их зарождения непосредственно в просвечивающем электронном микроскопе, поскольку при этом возможен непосредственный контроль состояния маточной фазы перед фронтом распада. С помощью высоковольтного электронного микроскопа (10⁶ В) в процессе старения сплава А1 – 28 ат. % Zn непосредственно в электронном микроскопе при разных температурах измеряли межпластиночное расстояние и скорость движения фронта ячеек. Сопоставление рассчитанной температурной зависимости скорости роста с экспериментальными данными приводит к выводу, что ячеистый распад контролируется граничной диффузией.