ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы СТРУКТУРНЫЕ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ из "Фазовые превращения и термо-циклирование металлов " Прежде чем обратиться к анализу влияния конкретного фазового превращения на структурную и размерную нестабильность металлов и сплавов при термоциклиро-вании, рассмотрим некоторые общие вопросы фазовых переходов. [c.26] Принципиально возможны фазовые превращения и более высокого порядка, однако эксперимента ьное определение порядка их затруднено. Наряду с рассмотренной существуют и другие классификации фазовых превращений. В качестве классификационных признаков в иих служили характер изменения агрегатного состояния, вид превращений в связи с диаграммой состояния, механизм переупаковки атомов, перераспределение компонентов, число образующихся фаз, группы симметрии и др. [64, 119, 139, 160, 203, 233, 277. В работе [283] приведена систематическая классификация структурных изменений, основанная на особенностях роста. [c.27] Перестройка атомной упаковки может реализоваться двумя различающимися по природе способами. [c.28] Встречаются и комбинации указанных переходов. Они имеют место при высокотемпературном деформировании, в процессах формирования и рассыпания полигональных границ и др. Комбинированными могут оказаться и перемещения межфазных границ при некоторых фазовых превращениях [283]. [c.28] В соответствии со вторым признаком, положенным в основу классификации, фазовые превращения можно разделить на две группы. [c.28] Указанные четыре группы составили остов представленной на рис. 5 классификации структурных изменений. Фазовые превращения I рода характеризуются комбинацией классификационных элементов и разделены на две части слева указаны превращения, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния, справа — твердофазные переходы. В зависимости от того, происходит ли перераспределение компонентов между жидкостью, кристаллами и газом, эти превращения (возгонка, плавление, кристаллизация и др. ) могут быть избирательными и безызбиратель-ными. [c.29] Однофазные превращения типа а Р в затвердевших сплавах в зависимости от характера атомных переходов через межфазную границу и степени развития диффузионных процессов разделены на четыре класса массивные, мартен-ситные, нормальные и когерентные. Рассмотрим их. [c.29] Массивные превращения, при которых фазовое превращение осуществляется нормальными (индивидуальными) переходами атомов через межфазную поверхность без перераспределения компонентов между фазами. Характерной особенностью их является образование фазы того же состава, что и исходная фаза. В этом отношении массивное превращение имеет много сходного с мартенсит-ным, оба они происходят безызбирательно. Однако, в отличие от мартенситного превращения, массивное превращение не ведет к образованию ориентированных кристаллов. В соответствии с данными [3381 кристаллы, растущие по массивному механизму, пересекают границы, существовавшие в высокотемпературной фазе, и приобретают более или менее равноосную форму, о разрешает предположить отсутствие кристаллогеометрической связи между исходной и образующейся фазами. [c.29] Условия, при которых происходит массивное превращение, должны обеспечивать относительно высокую скорость (Угр) перехода атомов через межфазную границу, но препятствовать диффузии растворенных атомов на дальние расстояния, вследствие чего происходит избирательный рост кристаллов, т. е. Утр Уд. Переохлаждения, при которых может происходить массивное превращение, должны быть промежуточными — большими, чем для нормального превращения, но меньшими, чем при мартенситном. Массивные превращения, по-видимому, имеют место и при образовании мартенсита и являются ответственными за усложнение образующихся при этом структур. Массивные превращения обнаружены в бинарных сплавах меди с алюминием, цинком, галлием сплавах серебра с кадмием, алюминием сплавах железа с никелем, медью, углеродом и некоторых тройных сплавах, например медь — цинк — галлий и медь — цинк — германий [139, 181, 306, 338]. [c.30] Мартенситные превращения, в результате которых образующаяся фаза имеет тот же состав, что и исходная, реализуются сдвиговым механизмом перестройки решетки [140, 205, 346]. [c.30] Согласно Г. В. Курдюмову [139] это превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются относительно друг друга на расстояния, не превышающие межатомные. Очень существенна закономерность перестройки. Эта закономерность состоит в том, что атомы могут перемещаться только в определенных направлениях по отношению к своим соседям, в результате таких правильных перемещений в одну и ту же сторону получается сдвиг . Таким образом, атомы перемещаются кооперативно, сохраняя связи между собой. [c.30] Как и при массивном превращении, перераспределение компонентов при мартенситном превращении не происходит, и образующаяся фаза имеет одинаковый с исходной фазой состав. Результат мартенситного превращения в стали — образование пересыщенного твердого раствора. [c.30] Мартенситное превращение сопровождается изменением формы превращенной области, что проявляется в образовании рельефа на плоской поверхности образца. Движение межфазной поверхности при мартенситном превращении по своему характеру близко к распространению двойниковых границ. В обоих случаях перестройка решетки осуществляется перемещением частичных дислокаций (трансформационных или двойникующих) вдоль межфазной поверхности. Вследствие этого скорость роста мартенситных кристаллов велика и мало чувствительна к изменению температуры. Со сдвиговым характером перестройки решетки связано и образование многочисленных дефектов кристаллической решетки Б мартенситной и исходной фазах. Дефекты являются следствием пластической релаксации упругих напряжений, возникающих в связи с изменением формы превращающейся области. Мартенситные превращения называют также превращениями с изменением формы [1191. [c.31] Накопление энергии упругой деформации при сдвиговом превращении может оказаться настолько большим, что превысит разницу термодинамических потенциалов фаз и рост мартенситного кристалла прекратится. С изменением температуры и давления изменяются и термодинамические потенциалы, что может привести к росту или сокращению мартенситного кристалла. Г. В. Курдюмов и Л. Г. Хандрос [1411 обнаружили термоупругий мартенсит, кристаллы которого увеличивались или уменьшались в размерах при изменении внешних условий. Напряжения, возникающие при росте мартенситного кристалла, могут стимулировать зарождение новых кристаллов, и, таким образом, мартенситные превращения могут быть автокаталитическими. Результатом автокаталитического характера превращения яв- ляется образование структуры с характерным зигзагообразным размещением пластин. [c.31] Когерентные (видманштеттовые) превращения. Здесь сдвиговая перестройка атомной упаковки сочетается с диффузионным перераспределением компонентов между фазами [42, 142, 264]. [c.32] Роль сдвиговой перестройки упаковки атомов при вид-манштеттовом превращении впервые показана на полиморфном превращении железа в низкоуглеродистой стали [42, 142]. Аналогичные наблюдения имеются и для выделения избыточного цементита в заэвтектоидной стали, при котором в определенных условиях также имеет место изменение формы [149]. В сплавах Fe — С компоненты сильно отличаются диффузионной подвижностью, что, по мнению Кристиана [133, может быть причиной упорядоченной перестройки решетки, сопровождающейся изменением состава. Этот вывод сделан на основании данных о бейнитном превращении, при котором также происходит образование поверхностного рельефа [328). Однако условие большого различия скорости диффузии компонентов твердого раствора, по всей вероятности, не является обязательным для когерентного превращения. Его наблюдали и в системах, где это различие вряд ли имеется. Превращение с образованием поверхностного рельефа имеет место также в сплавах Сг — Ni [35], А1 — Ag [335], Си — Ti и др. [c.32] Нормальные (неупорядоченные, некогерентные) превращения, в результате которых образующаяся фаза растет путем индивидуальных атомных перемещений и отличается составом от исходной фазы [60, 133, 140]. [c.33] Этот вид превращений изучен наиболее полно. Он характеризуется отсутствием когерентных поверхностей раздела, в связи с чем кристаллы образующейся фазы приобретают равноосную форму. Кинетика роста кристаллов контролируется процессами на межфазной поверхности или диффузией компонентов. Для реализации фазового превращения нормальным механизмом необходимы меньшие переохлаждения, чем для других видов фазовых переходов. [c.33] Вернуться к основной статье