ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Спинодальный распад и зародышеобразование из "Строение и свойства металлических сплавов " Процессы старения наблюдаются в большой группе широко применяемых металлических сплавов наиболее подробно изучено старение алюминиевых сплавов. Общий вопрос заключается в следующем каковы пути перехода от пересыщенного твердого раствора к равновесию Если после охлаждения с высоких температур твердый раствор оказывается в пересыщенном состоянии, то в конечном счете должно произойти выделение фаз и образование равновесной структуры, т. е. отвечающей равновесной диаграмме состояния. Однако процесс обычно идет сложным образом, так как, кроме фактора химического равновесия, в процесс выделения вмешиваются факторы, связанные с упругой и с поверхностной энергией. Существенное влияние на ход процесса оказывают структура металла и кинетические условия, связанные с диффузионной подвижностью атомов. В связи с этим часто возникают промежуточные состояния метастабильного равновесия, в определенных условиях достаточно устойчивые [185- 188]. [c.216] При спинодальном распаде нет резкого перехода между зародышем и матрицей поверхность раздела оказывается размытой, диффузной распад может идти одновременно, по всему объему. [c.217] Здесь F — свободная энергия единицы объема гомогенного материала состава С, а и — константа, определяющая зависимость F от у С (х 0). [c.218] Кан показал, что влияние поверхностных эффектов можно считать пренебрежимо малым. Что касается энергии упругих искажений, возникающих при когерентных флуктуациях состава, то она, во-первых, уменьшает движущую силу распада и, таким образом, подавляет его, так что границы спинодали смещаются в сторону более высоких температур и растет диффузионная подвижность. Величина смещения из-за энергии деформации зависит от относительного изменения периода решетки на единицу концентрации и может быть велика в системе А1 — Zn, где разница в атомных диаметрах Ad/d составляет только 2%, смещение равно 40° С, а в системе Аи — Pt, где Adid 4%, смещение достигает 200° С [185]. [c.218] Во-вторых, анизотропия упругих констант приводит к тому, что по некоторым кристаллографическим направлениям (в кубических кристаллах это обычно 100 ) флуктуации данной амплитуды характеризуются минимальной энергией искажений и, следовательно, имеет место предпочтительный рост в определенном направлении. [c.218] Группировки, возникающие в результате спинодального распада, образуются одновременно во всем объеме возникает весьма равномерное распределение локальных неоднородностей очень малого масштаба. [c.219] Комбинация непрерывности роста и периодичности на ранних стадиях приводит к типичной морфологии выделений при спинодальном распаде регулярный ряд частиц, кристаллографически связанных с матрицей (в упруго изотропном материале, например стекле, флуктуации состава ориентированы случайно и не обязательно дают периодическую структуру). Анализ рассмотренной теории Кана и Хиллерта для бездефектного материала проведен в работе [185]. [c.219] В системе Си — Ni — Fe при высоких температурах структура (в определенном интервале концентраций) представляет собой однофазный раствор с г. ц. к. решеткой, а при низких — двухфазную смесь. Переход в равновесное состояние при старении в начальной стадии идет через образование модулированной структуры. Рентгенографически это выражается в появлении сателлитов на дебаеграммах. Длина волны модулированной структуры определенным образом связана с расстоянием между сателлитами. Электронная микрофотография модулированной структуры сплава 60% Си + 20% Ni + 20% Fe приведена на рис. 94. [c.219] Появление сателлитов наблюдали для никелевых сплавов, например Ni + 20% Сг, Ni — Ti и Ni — r — Ti [189]. Однако не вполне ясно, является ли их структура модулированной, как в Си—Ni — Со сплавах. В никелевых сплавах (Кишкин, Поляк [190]) наблюдаются выделения кубической формы, имеющие тенденцию располагаться вдоль направлений 100 или скапливаться в плоскостях 100 , что является характерным для модулированной структуры. [c.219] Спинодальный распад не всегда удается установить с уверенностью, хотя существует тенденция все периодические цепочки выделений рассматривать как результат спинодального распада. Такое заключение может оказаться ошибочным. Периодическая структура возникает и при обычном распаде [192] в то же время структура, возникающая на ранних стадиях спинодального роста, может быть очень похожа на зоны типа Гинье — Престона [193]. [c.221] Для доказательства спинодального распада необходим тонкий анализ кинетики процесса. Из теории следует определенная временная зависимость амплитуды волн (величины флуктуаций состава), которая может быть проверена с помощью малоуглового рассеяния рентгеновских лучей. Такая проверка (по временной зависимости интенсивности методом малоуглового расстояния) для системы А1 + 22% Zn при 65° С на начальной стадии процесса подтвердила спинодальный механизм распада в этом сплаве. Имеются также рентгеновские подтверждения и для других систем [149]. [c.221] Рассмотренные два типа преврагцений — с малыми (спино-дальные) и с большими (путем зародышеобразования) флуктуациями состава — представляют собой два крайних случая распада твердого раствора, оказавшегося в условиях метастабильности. В обоих случаях возникает неоднородное состояние твердого раствора и обогаш,ение малых областей атомами растворенного компонента когерентная связь этих областей с матрицей и упругие искажения затрудняют прохождение дислокаций. Основное различие, сказывающееся больше на механизме и меньше на кинетике,— это величина поверхностной энергии, чрезвычайно малая в случае спинодального распада и большая в случае зародышеобразования. [c.222] Следует отметить, что между старением твердых растворов замещения и твердых растворов внедрения (например, углерода и азота в железе) нет принципиальной разницы. В обоих случаях отмечается образование зон, концентрация примесей на дефектах, когерентность, образование промежуточных фаз и соответствующее различным стадиям старения изменение свойств. Как показано в работах Скакова [186—188], имеется большое соответствие в деталях процесса. Различие — скорее кинетическое, связанное с большой подвижностью атомов внедрения. [c.222] Вернуться к основной статье