ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кинетика фазовых превращений из "Теория термической обработки металлов " Кинетика кристаллизационных процессов в твердом состоянии определяется двумя параметрами — скоростью зарождения центров превращения и линейной скоростью роста из этих центров. Как было показано выше, оба параметра кристаллизации зависят от степени переохлаждения или перегрева. [c.145] Кинетика фазового превращения при определенном переохлаждении или перегреве изображается кинетической кривой, которая показывает нарастание количества новой структурной составляющей во времени (рис. 79). [c.145] Кинетическую кривую для превращения, протекающего пр охлаждении, строят следующим путем. Образец нагревают до температуры выше точки фазового равновесия. Лри этой температуре он может сколь угодно долго находиться в сходном фазовом состоянии. Затем образец быстро переносят в термостат с температурой ниже точки фазового равновесия, т. е. температура термостата соответствует определенной степени переохлаждения. [c.145] Термостатом может служить соляная или масляная ванны, а также ванна из расплавленного металла. [c.145] Образец должен быть тонким, чтобы он мог быстро принять температуру термостата. За степенью превращения В образцах, находящихся в термостате, следят по изменению каких-ли-бо свойств, например магнитных или электрических. Можно также закаливать образцы из термостата через определенные промежутки времени и измерять свойства или изучать микроструктуру закаленных образцов при комнатной температуре. [c.145] Аналогичным путем строят кинетические кривые для превращений, протекающих при нагревании. В этом случае о бразец с исходной температуры, которая ниже точки фазового равновесия, быстро переносят в термостат с температурой, соответствующей определенной степени перегрева. [c.145] Все изотермические кристаллизационные процессы характеризуются следующей кинетикой (рис. 79). Вначале объем, испытавший превращение, растет с ускорением, а. к концу превращения приращение этого объема резко замедляется. Таким образом, при постоянной температуре истинная объемная скорость превращения меняется в процессе самого превращения. Для каждого момента времени истинная объемная скорость превращения определяется графически по тангенсу угла наклона касательной к кинетической кривой. [c.145] Низкая объемная скорость в начальный период объясняется небольшим числом образовавшихся центров превращения и малой поверхностью новой структурной составляющей. Постепенно нарастает число центров, увеличиваются размеры новой составляющей и суммарная поверхность фронта кристаллизации, поэтому объемная скорость превращения, пропорциональная площади этой поверхности, возрастает. [c.146] Однако эта скорость не может непрерывно возрастать со временем изотермической выдержки. Наступающее замедление процесса, особенно ярко выраженное к концу превращения, объясняется тем, что растущие кристаллы соприкасаются между собой и в (местах стыка рост их прекращается, т. е. поверхиость фронта превращения Si уменьшается. Максимум истинной объемной скорости превращения соответствует точке перегиба на кинетической кривой и достигается примерно тогда, когда половина объема претерпела превращение. Теперь понятно, почему каждая степень переохлаждения выше характеризовалась средней скоростью превращения (см. рис. 73). [c.146] Эта формула соответствует характеру кривой яа рис. 79, 1. При ее выводе предполагалось, что кристаллы новой фазы до момента соприкосновения одного с другим имеют сферическую форму. [c.146] В самый начальный период изотермической выдержки превращения не наблюдается (отрезок оа а рис. 79). [c.146] Этот период называется инкубационным. Ранее предполагалось, что в инкубационный период собственно превращения не происходит, а внутри исходной фазы идет только подготовка к образованию центров кристаллизации. Но математический анализ кинетики кристаллизации и тщательно поставленные опыты показали, что превращение идет с самого начала изотермической выдержки. В инкубационный период количество образовавшихся новых кристаллов настолько мало, что превращение не фиксируется обычными методами исследования. Конец инкубационного периода (точка а на рис. 79) — это фиксируемое данным методам начало превращения. Чем чувствительнее метод исследования, тем раньше обнаруживается появление новой структурной составляющей. [c.146] Для построения диаграммы изотермического превращения совершенно не обязательно предварительно строить кинетические кривые. Достаточно опытным путем при каждой температуре определить время инкубационного периода и время полного превращения. Для этого образец, нагретый до температуры выше То, быстро переносят в термостат с температурой ниже То и фиксируют время появления новой структурной составляющей и время исчезновения остатков исходной структуры. [c.148] Левая кривая а 2 а 4 5 является кривой начала превращения, показывающей зависимость величины инкубационного периода от степени переохлаждения. Правая кривая 1 2 Ьз 4 Ьз является кривой конца превращения, показывающей зависимость времени полного превращения от степени переохлаждения. Обе кривые называются С-кривыми. Изгиб С-кривой соответствует максимальной скорости превращения (рис. 82,6). [c.148] Впервые диаграмма изотермического распада аустенита в стали была построена в 1930 г. Бейном и Давенпортом. Метод изучения кинетики фазовых превращений с помощью подобных диаграмм, называемых также С-диаграммами или С-образными кривыми, оказался исключительно плодотворным в теории термической обработки. Число опубликованных диаграмм изотермических превращений переохлажденной фазы для сталей измеряется величиной порядка 10 , для титановых 10 , алюминиевых (построенных совсем недавно) 10 . С-диаграммы построены также для чугунов, некоторых медных, урановых и других сплавов. [c.149] Широкому использованию диаграмм изотермических превращений способствует то, что они строятся в тех же координатах температура — время, в которых изображают режимы нагрева и охлаждения при термической обработке. [c.149] С помощью С-диаграмм особенно удобно анализировать различные виды изотермических обработок, включающих ускоренное охлаждение и выдержку при постоянной температуре, например изотермический отжиг и изотермическую закалку (см. 25 и 40). По С-диаграмме можно прямо определять время начала и конца превращения переохлажденной фазы при заданной температуре и в соответствии с поставленной задачей выбирать режим изотермической обработки. [c.149] Качественно этот вывод правилен. Количественно же нельзя определять начало превращения при непрерывном охлаждении по пересечению кривой охлаждения с С-кривой, построенной в изотермических условиях. Дело в том, 1Что инкубационный период оа- получен исследованием образца во время изотермической выдержки при температуре Т. Нас же сейчас интересует образец, непрерывно охлаждающийся по режиму 1. Этот образец в инкубационный период находился при переменных температурах, которые были выше температуры Т. Но при более высоких температурах превращение в инкубационном периоде протекает более медленно, чем при температуре Т. Следовательно, в непрерывно охлаждающемся образце по достижении температуры Т степень превращения должна быть меньше, чем в образце, который то же самое время находился в изотермических условиях при температуре Т. Поэтому в образце, непрерывно охлаждаемом по режиму VI, температура фиксируемого начала превращения должна лежать ниже температуры Г], которая определяется точкой пересечения кривой охлаждения и С-кривой, построенной в изотермических условиях. [c.150] Для количественного анализа превращений, протекающих при непрерывном охлаждении, следует использовать диаграммы, которые получили название термокинетических. [c.150] Термокинетические диаграммы фазовых превращений строят, используя непрерывное охлаждение образцов, температура которых в период охлаждения записывается, например, осциллографом. Можно измерять какую-либо характеристику образца в процессе его охлаждения (например, его длину при дилатометрическом методе) и по отклонению этой характеристики от плавного изменения определять начало превращения. [c.150] Вернуться к основной статье