Некогерентные зародыши

Рассмотрим образование небольшой области новой фазы (Р) внутри материнской фазы (а) и предположим пока, что эти две фазы имеют одинаковый состав. Когда обе фазы твердые, образование 3-области может приводить к возникновению в системе внутренних напряжений результирующая упругая энергия равна ггА .где п — число атомов в зародыше. Эта энергия будет гораздо больше в случае зародыша, который связан с матрицей когерентно, чем в случае некогерентного зародыша она будет зависеть также от формы Р-области. Площадь поверхности зародыша может быть записана в виде где tj — геометрический фактор, зависящий [c.237]

В случае когерентных зародышей члены, характеризующие поверхностную энергию, обычно малы, а члены, характеризующие упругую энергию, велики, так что зародыши стремятся принять пластинчатую форму. Некогерентные зародыши имеют гораздо большую поверхностную энергию (обусловленную плохим сопряжением), но меньшую упругую энергию, так как в этом случае необходимо принимать во внимание только гидростатические напряжения и дилатацию. Эти зародыши также будут иметь пластинчатую или игольчатую форму, если велика остаточная [c.238]

В случае образования некогерентных зародышей кристаллическая структура матрицы оказывает второстепенное влияние на структуру зародыша. Вероятно поэтому для различных механизмов образования зародышей имеет место следующая последовательность в соотношении работ и скоростей образования зародышей [c.300]

Зародыши обычно образуются на границах зерен и субзерен, в скоплениях дислокаций, включениях, порах, что связано с уменьшением затрат на приращение поверхностной энергии. Распад также интенсифицируется после деформации, которая повышает плотность дислокаций. При медленном охлаждении и малой степени переохлаждения образуются близкие к равновесию стабильные фазы с некогерентными границами раздела. Для них характерно гетерогенное зарождение на высокоугловых границах зерен и скоплениях вакансий (кластерах). В результате возможно образование сетки выделяющейся фазы по границам зерен. [c.498]

Центры гетерогенного зарождения в случае некогерентных и когерентных выделений могут быть различными. В первом случае превалирующее значение имеет выигрыш в поверхностной энергии и подходящим местом для гетерогенного образования зародыша может явиться граница зерна или поверхность включений. Для когерентного выделения решающее значение будет иметь уменьшение энергии упругой деформации. При наличии искажений постоянная решетки различна в различных участках твердого раствора и в одних участках соответствие с решеткой выделения будет больше, чем в других. Центрами внутренних напряжений (искажений), в частности, служат дислокации они могут быть благоприятными центрами возникновения когерентных выделений. [c.176]

Наиболее существенным допущением в разобранной модели зарождения на дислокациях является условие некогерентности образующегося зародыша, так как это приводит к исчезновению упругого поля дислокации. Кроме того, в модели Кана проведено рассмотрение в однокомпонентной системе. [c.30]

Когда в результате превращения образуется двухфазный продукт (например, двухфазный пластинчатый агрегат с некогерентной поверхностью раздела), скорость образования зародышей может зависеть от времени по совершенно иным причинам. Хотя такие превращения связаны с изменением состава, имеет смысл кратко остановиться на этом вопросе. Критические условия для роста упомянутого агрегата определить очень трудно, поскольку при этом образуется по крайней мере два кристалла по одному для каждой из возникающих фаз. Предположим, что одна из фаз зарождается на границах зерен, а вторая — на поверхности образовавшихся частиц первой фазы с постоянной скоростью относительно единицы площади такой поверхности. Общая скорость зарождения будет тогда иметь временную зависимость, равную временной зависимости увеличения площади поверхности этой первой фазы. В случае постоянной скорости образования зародышей первой фазы и параболического закона роста этих зародышей общая ско- [c.247]

Как упоминалось в разд. 3.3, механизм роста при прерывистом выделении определяется, вероятно, диффузией вдоль некогерентной границы ячейки. Это следует из того, что процесс выделения наблюдается при температурах, при которых скорость диффузии в решетке пренебрежимо мала в сплавах свинец — олово превращение наблюдается при —78° С, а в сплавах золото — никель и золото — кобальт — при комнатной температуре. Процесс выделения в сплавах свинец — олово происходит в две стадии [58], кинетика первой из которых описывается уравнением (39) о и = 3. Это соответствует росту сферических ячеек, все зародыши которых существуют к началу превращения, причем обозначает объемную долю превращения на первой стадии процесса. К концу этой стадии из а-фазы удаляется около 60% избыточного олова превращение завершается на второй, значительно более медленной стадии. Возможно, что первая стадия соответствует росту ячеек с выделениями неравновесного состава, как это следует из теории Кана [13], а вторая стадия — дальнейшей диффузии лова по решетке или вдоль неподвижных дислокационных линий. Более поздние работы показали, однако, что энергия активации одинакова для обеих стадий, так что вторая стадия превращения может заключаться в медленной миграции границ ячеек после того, как ячейки полностью столкнутся между собой. Эксперименты с термическими циклами показывают, что при постоянной Си число зародышей возрастает при снижении температуры до некоторого предельного значения, которое, вероятно, соответствует использованию всех имеющихся мест гетерогенного зарождения. [c.298]

Энергетический барьер зарождения — работа образования критического зародыша (А кр) без учета упругой составляющей равна одной трети его поверхностной энергии [см. формулу (23)]. У зон ГП поверхностная энергия минимальна, а у некогерентных выделений стабильной фазы — максимальна. Следовательно, [c.307]

Явление ориентированного образования зародышей новой фазы объясняется с привлечением энергетических представлений, согласно которым форма и ориентировка этих зародышей в анизотропной среде должны соответствовать минимуму поверхностной энергии при данном объеме, а минимум поверхностной энергии обеспечивается при максимальном сходстве в расположении атомов на соприкасающихся гранях старой и новой фаз (принцип Конобеевского — Данкова). По данным Д. Мак Лина, на когерентной границе а- и 7-фаз поверхностная энергия уменьшается в 3 — 4 раза по сравнению с теми же значениями в случае неориентированного зародыша. В связи с этим критический размер когерентного зародыша аустенита на порядок меньше, чем некогерентного. Естественно, что это приводит к резкому увеличению вероятности образования когерентного зародыша. Выполненные И.Н. Ки-диным, М.А. Штремелем и В.И. Лизуновым расчеты показали, что вероятность появления некогерентного зародыша ничтожно мала по сравнению с когерентным. При этом, в соответствии с изложенным в гл. П, в основном реализуется гетерогенное зарождение "у-фазы, связанное с меньшими затратами энергии. [c.85]

Принцип ориентационного и размерного соответствия или, коротко, структурного соответствия, который также называют принципом Данкова — Конобеевского, наиболее ярко проявляется при образовании когерентной фазы, ню он может определять otpneH-тировку и некогерентного зародыша, так как и в этом случае закономерная ориентировка способна уменьшить энергию некогерентной границы. [c.134]

Когда энергия, необходимая для создания поверхности раздела фаз, относительно велика, процесс образования зародыша в основном определяется вторым членом А/ з уравнения общей свободной энергии фазовых превращений. Особенно это имеет место при небольших степенях переохлаждения (первый член / .РV мал). В этих условиях образование зародыша рвязано с необходимостью значительного искажения атомнокристаллической структуры на возникающей межфазной границе. Такие зародыши называются зародышами некогерентного типа. Они образуются преимущественно по границам зерен с большими углами разориенти-ровки, которые особенно характерны для металлов в рекристаллизован-ном состоянии, а также на свободных поверхностях и инородных включениях. Эти места являются наиболее выгодными потому, что обладают более высокими уровнем свободной поверхностной энергии и степенью искажений кристаллической решетки исходной фазы. Уменьшение размера зерен способствует увеличению числа возникающих зародышей и тем самым ускоряет превращение в целом. А. X. Коттрелл 16] отмечает, что по степени искажения (или неупорядоченности) атомной структуры эти границы и поверхность раздела между некогерентным зародышем и матрицей исходной фазы весьма напоминают друг друга. Возникновение некогерентных зародышей по границам зерен в сплавах облегчается еще и потому, что благодаря повышенной концентрации поверх-ностноактивиых легирующих элементов и примесей и более высоким коэффициентам диффузии атомов на границах (в сравнении с областями неискаженной решетки в зерне) повышается вероятность флуктуаций состава и сокращается время, необходимое для подхода атомов нужного сорта к зародышу. Экспериментально это доказано методом меченых [c.15]

По мере увеличения степени переохлаждения (в область достаточно низких температур) время, требуемое для перемещения атомов к возможным местам образования некогерентных зародышей, становится настолько большим, что не только рост, но и возникновение таких зародышей становится невозможным. Однако благодаря значительной отрицательной величине АРу в этих условиях в металлах получают развитие другие процессы, при которых удается избежать значительных затрат энергии на создание поверхностей раздела при образовании зародышей. Эти затраты резко снижаются, если оказывается возможным установление когерентного или полукогерентного соответствия кристаллических решеток зародыша новой фазы и матрицы исходной фазы на границе раздела. Возникающие зародыши новой фазы ориентируются относительно кристаллической решетки исходной фазы так, что в сопряжении оказываются кристаллографические плоскости фаз, строение и размеры которых наиболее близки друг к другу. При когерентном образовании и росте зародыша взаимная ориентировка кристаллических решеток фаз характеризуется наличием определенных взаимнопараллельных плоскостей и направлений. Например, при превращении y-Fea-Fe плоскость (И1) решетки уРе паралле.чьна плоскости (110) решетки a-Fe, а направление [110] решетки yFe параллельно направлению [111] решетки a-Fe. При превращении P-Ti -> a-Ti параллельными плоскостями являются (110) решетки P-Ti и (0001) решетки a-Ti, а направлениями — [111] решетки p-Ti и [1120] решетки a-Ti. [c.16]

В связи с тем, что при полиморфном превращении, протекающем по нормальной кинетике, зародыши новой фазы наиболее легко возникают на границах-зерен с большими углами разориентировки, при объяснении характера этого превращения можно высказать и другую точку зрения. Как было показано ранее, при небольших степенях переохлаждения ниже Гц образование некогерентных зародышей у таких границ зерен энергетически более выгодно, чем образование когерентных зародышей. Поэтому можно предположить, что в условиях высокой диффузионной подвижности атомов некогерентный рост возможен с момента зарождения. Исходя из этих позиций, при объяснении имеющихся экспериментальных фактов во всех случаях и особенно в тех, когда превращение протекает при температурах значительно выше температуры рекристаллизации, нет необходимости считать, что на начальной стадии полиморфных превращений, протекающих по нормальной кинетике, имеет место когерентное зарождение с последующим нарушением когерентности и разви- [c.23]

Рост зародышей первичной рекристаллизации, отделенных от матрицы высокоугловыми границами, как и рост зерен на стадиях собирательной и вторичной рекристаллизации, может осуществляться только миграцией своих границ. Коалесценция зерен, отделенных друг от друга обычными большеугловыми границами, невозможна. В особых случаях процесс роста зерен может происходить за счет образования и роста двойников отжига, но и в этом случае такой рост осуществляется миграцией некогерентных границ двойников. [c.322]

При соблюдении структурного соответствия зародыш новой фазы когерентно связан с матрицей. Поверхность раздела двух кристаллов считается когерентной, если кристаллы соприкасаются общими плоскостями (сопряжение межнлоскостного расстояния одного кристалла с геометрически подобной, но кристаллографически отличной структурой другого кристалла) и взаимно связаны ориентировками (решетка одной фазы постепенно переходит в решетку другой). Чем лучше геометрически согласуются кристаллы и чем меньше различие электронных конфигураций их атомов, тем меньше энергия поверхности раздела. Такое сопряжение возможно при некотором упругом искажении решеток (например, сжатии одной и растяжении другой) вблизи границы раздела. Таким 0браз0)М, общим условием когерентности является образование метастабильной решетки у зародыша или деформация его равновесной решетки. В обоих случаях свободная энергия новой фазы возрастает по сравнению с равновесной. Следует отметить, что полная когерентность в реальных сплавах наблюдается редко. Однако даже при некогерентном выделении в связи со стремлением системы уменьшить поверхностную энергию может наблюдаться ориентационное соответствие решеток двух фаз. Так, например, в системе медь — цинк при выделении из р-латуни частиц а-фазы наблюдается соотношение (110)р II (111)а и [111]р II [110]а. С упругой энергией деформации связана также форма выделяющейся частицы. [c.178]

При изотермических превращениях часто большое значение имеет отношение времени, требующегося для установления стационарной скорости образования зародышей, к эффективному времени, необходимому для полного завершения превращения. Если это отношение мал6, временная зависимость оказывает слабое влияние на кинетику всего процесса. При увеличении это отношение увеличивается, приближаясь к единице, так что, когда образование зародышей затруднено, переходные эффекты имеют важное значение. Величина этого отношения может быть также большой в том случае, если свободная энергия активации для процесса роста области новой фазы макроскопических размеров значительно ниже, чем для процесса роста зародыша. Это может наблюдаться, если зародыши когерентны, а макроскопические области некогерентны с матрицей. [c.247]

Этот вид выделения требует возникновения и роста ячеек состоящих из двух образующихся- в процессе распада фаз. Ячейки чаще всего представляют собой пластины р-фазы, расположенные в переориентированной а-фазе. В процессе роста ячейки межпластиночное расстояние должно сохраняться постоянным, что может достигаться либо за счет ветвления имеющихся пластин Р-фазы, либо благодаря зарождению новых пластин. Последний процесс мог бы лимитировать скорость роста, однако имеюш иеся экспериментальные данные не подтверждают этого предположения. Прерывистое выделение почти всегда начинается на некогерентной границе зерен. Весьма правдоподобная теория происхождения зародышей ячейки была предложена Смитом [55]. Частица, зарождающаяся в зерне 1 на его границе, должна, вероятно, иметь такую ориентировку, которая сводила бы к минимуму поверхностную энергию границы раздела. Эта частица не может быстро расти в зерно 1 из-за отсутствия коротких путей для диффузии. Имеется, однако, некогерентная граница между пересыщенной а-фазой зерна 2 и а р-участком в зерне 1. Зародившаяся ячейка может, таким образом, расти в зерно 2, при этом Р"фаза ветвится, так что межпластинчатое расстояние остается постоянным. [c.297]

В случае образования кристалла новой фазы внутри матрицы связанная с образованием кристалла упругая энергия значительно выше для когерентного превращения с большим изменением формы, чем для некогерентного преврап] ения, когда долй ны быть аккомодированы только дилатационные изменения. Это следует из того, что в первом приближении упругая энергия, обусловленная сдвиговыми компонентами изменения формы [уравнение (66)], может быть отделена от вклада несдвиговых компонентов. На стадии зарождения когерентное превращение с изменением формы может быть энергетически более выгодным, так как более высокая упругая энергия может компенсироваться более низкой энергией поверхности зародыша. Однако это не относится к достаточно большим кристаллам, видимым в световой микроскоп. Таким образом, обнаружение изменения формы обычно можно считать указанием на действие определенного механизма роста и на то, что конкурирующий механизм, который мог бы привести к тому же фазовому превращению без изменения формы, действует слишком медленно, чтобы его можно было обнаружить экспериментально. Это объясняет, почему обнаружение изменения формы является наиболее надежным критерием мартенситного характера данного превращения, так как рост мартенсита оказывается невозможным, если когерентность фаз на дв жущейся поверхности раздела не сохраняется. [c.338]

Поверхностная энергия на границе зародыша с исходной фазой зависит от строения этой границы. Различают три типа межфазных границ когерентные, полукогерентные и некогерентные. [c.131]

Согласно оценочным расчетам, поверхностная энергия когерентной границы не превышает 200 эрг/см , у полукогерентной равна 200—500 эрг/см2, а у некогерентной составляет 500— 1000 эрг/см . Следовательно, при прочих равных условиях работа образования критического зародыша, имеющего когерентные границы, должна быть самой низкой, а скорость образования таких зародышей — наиболее высокой. [c.133]

На рис. 75 видно, что решетка зародышей, отделенных от исходной фазы когерентной или полукогерентной границей, всегда кристаллографически ориентирована определенным образом по отношению к решетке исходной фазы. Отсюда не следует делать обратного вывода, что две фазы с закономерной взаимной ориентацией их решеток обязательно когерентны. Во-первых, решетка некогерентной фазы может обладать закономерной ориентировкой по отношению к решетке исходной фазы, так как вначале зародыш новой фазы имел полукогерентную границу, затем при росте кристалла межфазная граница стала некогерентной, а ориентировка его сохранилась прежней. Во-вторых, если зародыш с самого начала имеет некогерентную границу, то также возможна закономерная ориентировка его решетки по отношению к решетке исходной фазы. Ориентированное превращение подчиняется общей закономерности, сущность которой была наиболее развернуто сформулирована П. Д. Данковым как принцип ориентационного и размерного соответствия Химическое иревращенне на поверхности твердого тела развивается таким образом, чтобы конфигурация атомов исходной твердой фазы сохранялась (или почти сохранялась) и в новой твердой фазе. Возникающая при указанном процессе кристаллическая решетка новой фазы сопрягается с кристаллической решеткой исходной фазы подобными кристаллическими плоскостями, параметры которых отличаются друг от друга минимально . Причина закономерной ориентации [c.133]

Вокруг дислокации существует поле упругих напряжений. Например, в случае краевой дислокации под краем неполной атомной плоскости находится область растяжения, а над этим краем — область сжатия. Поэтому структурное несоответствие зародыша и исходной фазы может быть частично или полностью скомпенсировано дислокацией, что служит одной из причин предпочтительного образования на дислокациях зародышей с полуко-герентными и некогерентными границами. При образовании такого зародыша упругая энергия решетки исходной фазы в некоторой области вблизи линии дислокации уничтожается. Это значит что в формуле (25) слагаемое Д/ упр имеет минус упругая энергия дислокации способствует зарождению, суммируясь с движущей силой превращения Д об. По одиой из оценок, в результате этого скорость зарождения на дислокациях в 10 раз больше скорости гомогенного зарождения. [c.139]

Принцип структурного и размерного соответствия управляет большинством процессов фазовых превращений в твердых металлах. Даже при некогерентном выделении фаз на границах зерен с большим углом или на подобных им границах раздела между исходной фазой и инородными включениями по мере диффузионного роста зародыша новой фазы система будет стремиться уменьшить свою свободную энергию как за счет поверхностной энергии путем наиболее выгодной перестройки атомнокристаллических построений и установления структурного и размерного соответствия решетки зародыша с решеткой исходной фазы, так и за счет [c.16]

Если учесть, что энергия сдвига в различных участках реальных поликристаллов может изменяться в весьма значительных пределах в зависимости от степени дефектности кристаллической структуры в различных участках зерен, то становится ясным, почему мартенситиые зародыши возникают на границах зерен, плоскостях скольжения и двойниках, т. е. участках, имеющих пониженное сопротивление сдвигу. Однако, в отличие от некогерентных выделений, при образовании мартенситных зародышей как зародышей когерентных преимущество остается за двойниками (особенно когерентными), плоскостями скольжения, границами блоков, субзерен и зерен с малыми углами разориентировки. [c.19]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...