Как и в анализе процесса кристаллизации из расплава, при превращениях в твердом состоянии различают два типа зародыше – образования: гомогенное и гетерогенное зарождения. Под гомогенным зарождением понимают образование зародышей в результате флуктуаций – случайных и локальных (местных) отклонений концентрации избыточного компонента или концентрации точечных дефектов (вакансий, межузельных атомов), образование комплексов из этих дефектов или малых группировок атомов в координациях, совпадающих с координацией атомов в решетке стабильной фазы. Под гетерогенным зарождением понимают преимущественное образование зародышей в местах с дефектной структурой, которые из-за тех или иных особенностей новой фазы понижают работу образования зародыша и потому могут рассматриваться как потенциальные места зарождения: поверхность кристалла, границы зерен, некогерентные границы двойников, границы антифазных доменов, когерентные границы двойников, дефекты упаковки и дислокации.
Группировки атомов, соответствующие структуре новой фазы, или некоторые промежуточные координации могут, очевидно, возникать в результате флуктуаций в тепловом движении атомов, но могут и присутствовать в исходном материале, в виде тех или иных дефектов кристаллической решетки. Примером таких дефектов являются расщепленные дислокации в г.ц.к. решетке, представляющие собой прослойку г.п.у. структуры (и наоборот). Подобные дефекты вследствие различий в мощности или разного приближения к равновесной структуре могут давать спектр температур начала аллотропического превращения – температур, ниже которых они оказываются способными к росту. С понижением температуры происходит как бы «спуск курка», вступают в действие все новые и новые центры роста новой фазы. Такой механизм был предложен для объяснения мартенситных превращений, которые идут при очень низких температурах, когда трудно ожидать появления зародышей в результате флуктуации. Гипотеза «спускового» механизма перестройки решетки близка к представлению о постепенной потере устойчивости решетки исходной фазы ко все меньшим и меньшим смещениям атомов при увеличении переохлаждения (в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 68б) вплоть до состояния потери устойчивости к самым малым смещениям. Остановка роста мартенситных кристаллов и сохранение исходной фазы легко объясняются накоплением упругой энергии в системе.
Одно и то же фазовое превращение может происходить путем гомогенного или гетерогенного зарождения, иногда эти механизмы действуют одновременно, иногда – только один из этих механизмов в определенных температурно-концентрационных условиях. Например, при распаде пересыщенных твердых растворов гетерогенное зарождение на дефектах имеет место при небольшом пресыщении или при низкой температуре, когда затруднена диффузия.
Неправильно считать, что всегда дефекты облегчают процесс образования новой фазы. Пластическая деформация может затормозить мартенситное превращение (тормозится рост мартенситных кристаллов). Большая концентрация дефектов при сильном взаимодействии избыточных атомов с этими дефектами может настолько понизить пресыщение в матрице, что распад твердого раствора окажется возможным только после отжига этих дефектов.
Хотя значение чистых металлов и область их использования все время возрастают, все же на практике намного чаще применяются сплавы двух и более элементов. Введение легирующего элемента может существенно изменить свойства основного металла либо непосредственно, либо благодаря тому, что создают возможность изменения свойств в результате термической обработки. Техническое железо имеет предел прочности около 250 МПа, при добавке 0,4% С прочность возрастает примерно до 600 МПа, а после термической обработки до 2000 МПа. Эти изменения зависят от характера взаимодействия компонентов сплава, определяемого их атомной и электронной структурой.
С термодинамической точки зрения условием устойчивости любой макроскопической системы является минимум ее гиббсовской свободной энергии G:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.