Скорость образования центров новой фазы

Рассчитаем скорость образования центров новой фазы в жидкой или газовой фазе в зависимости от переохлаждения или пересыщения. Скоростью образования центров новой фазы V ( м ) называется число стабильных частиц новой фазы, образующихся в единицу времени в единице объема старой фазы. [c.176]

Сначала найдем выражение для скорости образования центров новой фазы V в пересыщенном паре. Полагают, что скорость образования центров новой фазы в такой неравновесной системе равна средней скорости, с которой критические зародыши увеличивают свой размер. Предполагая, что концентрация критических зародышей равна мы получим [c.176]

Более точный анализ показывает, что расчет с использованием статистики Больцмана не вполне корректен (хотя и используется в качестве первого приближения), так как в процессе зарождения зародышей критического размера равновесное состояние не достигается. Уточненное выражение для скорости образования центров новой фазы V можно получить, анализируя образование и распад зародышей с помощью ряда бимолекулярных реакций типа А А , описывающих процесс образования зародышей в газовой фазе путем [c.177]

Для полного описания процесса зародышеобразования необходимо знать следующие основные характеристики а) размер критического зародыша б) скорость образования центров новой фазы и концентрацию критических зародышей с учетом возможного их изменения со временем в) структуру и ориентацию критических зародышей. Все эти величины тесно связаны с условиями роста — степенью пересыщения газообразной фазы, температурой конденсации, скоростью конденсации, скоростью поверхностной диффузии, структурой и чистотой поверхности подложки и т.д. [c.325]

Скорость образования центров новой фазы [c.326]

Таким образом, мы нашли как концентрация критических зародышей я и скорость образования центров новой фазы V зависят от условий роста в рамках термодинамического подхода. [c.327]

Сингулярные грани, 183 Скорость образования центров новой фазы, 176 Скрытая теплота кристаллизации, 142 Соединения, 74 Степень ионности связи, 60 [c.371]

Теперь можно объяснить зависимость скорости зарождения центров новой фазы от переохлаждения. С увеличением степени переохлаждения уменьшаются размер критического зародыша и работа его образования. Следовательно, чем больше степень переохлаждения, тем меньшая по уровню энергии и геометрическим [c.127]

Рис. 4.21. Зависимость скорости гомогенного образования центров новой фазы (жидких капель) в пересыщенном паре от коэффициента пересыщения.

Иметь в виду, что вероятность образования случайных зародышей зависит от градиента температуры в расплаве Ж ехр(—В/ДГ) и уменьшается с уменьшением скорости кристаллизации, то есть, например, при слоисто-спиральном механизме роста растущей грани V (ЛТ) ), поэтому уменьшение скорости кристаллизации способствует уменьшению вероятности образования центров новой фазы. [c.241]

Фазовые превращения начинаются с образования и роста центров кристаллизации новой фазы. Кинетика фазовых превращений определяется скоростью зарождения Пз и роста Цр центров кристаллизации. [c.101]

Образование и рост кристаллов подчиняются общим закономерностям образования твердой фазы расплава или раствора. Электрокристаллизация проходит две фазы возникновение центров кристаллизации и рост этих центров. Каждая из этих фаз характеризуется определенной скоростью, зависящей от технологических факторов процесса. В том случае, когда скорость образования новых центров кристаллизации превышает скорость роста уже появившихся кристаллов, образуется большее число мелких кристаллов (осадок приобретает мелкокристаллическую структуру). При обратном соотношении скоростей возникают более крупные кристаллы. Структура осажденных металлов - один из признаков, определяющих качество покрытий. Покрытия, имеющие мелкокристаллическую структуру, наиболее работоспособны. [c.423]

Как известно, к анализу процессов образования кристаллов не только из жидкой фазы, но и в случае фазовых превращений в твердом состоянии могут быть привлечены представления о кристаллизационных параметрах - скорости зарождения центров кристаллизации с и скорости их роста С. В чисто математическом аспекте задача описания кинетических закономерностей таких превращений при изотермическом характере процесса решена Н.А. Колмогоровым и устанавливает временную зависимость объема новой фазы в виде [c.67]

Перлитное (эвтектоидное) превращение. В области температур Ai в случае не -слишком сильного переохлаждения (приблизительно до 550° С) превращение аустенита начинается с образования центров зарождения цементита (карбида) по границам зерен аустенита. Центры зарождения цементита вследствие направленной в их стороны диффузии углерода быстро увеличиваются в длину и в ширину, однако их рост в толщину происходит медленно, вследствие чего образуются пластинки цементита. В пространстве между зернами цементита содержание углерода в аустените уменьшается, и аустенит превращается в феррит. В дальнейшем идет рост пластин цементита и феррита. Структуру, представляющую неоднородную смесь, состоящую из пластин феррита и цементита, называют перлитом. Чем больше степень переохлаждения, тем больше количество и меньше размер возникающих зародышей новых фаз, скорость роста которых замедляется из-за уменьшения диффузии. Поэтому зерна цементита становятся все тоньше и тоньше и, кроме того, толщина феррита между ними уменьшается таким образом возникает все более тонкий перлит. Толщина пластинок, находящихся в перлите, в зависимости от температуры превращения колеблется от 0,2 до 10 мкм. Различные по величине виды пластинчатого перлита (эвтектоида) называют просто перлитом, причем даже тогда, когда пластинчатая структура более тонкого перлита может быть различима только при [c.133]

Образование центров кристаллизации и их рост можно видеть на следующей схеме (рис. 22). Предположим, что в жидком металле в течение 1 сек возникает пять зародышей кристаллов, которые растут с определенной скоростью. К концу второй секунды эти зародыши выросли до некоторых размеров и возникли еще пять новых зародышей кристаллов. Этот процесс кристаллизации продолжается до тех пор, пока не исчерпается вся жидкая фаза металла (см. рис. 22, 7 сек). Пока зародыши растут свободно, они име от [c.74]

Различие в составах исходной и новой фаз сказывается не только на механизме зарождения центров, но и на механизме их роста. Рост новой фазы обеспечивается диффузионным притоком атомов одного сорта к фронту кристаллизации и уходом от этого фронта атомов другого сорта. Так как скорость диффузии сильно зависит от температуры, а также от состава твердого раствора, то процессы диффузионной кристаллизации в исключительно сильной степени зависят от переохлаждения (или перегрева) и от содержания легирующих элементов. Термодинамика процессов образования фазы, отличающейся по составу от исходной более подробно изложена в 41. [c.131]

Как уже указывалось, состав центров первых устойчивых зародышей, образующихся в неравновесных условиях, близок к равновесной концентрации растворенного элемента в новой фазе при температуре начала превращения (см. 3 гл, I). Поэтому приближенно его можно принять равным или соответственно при температурах и (см. рпс. 68), которые теоретически представляют собой температуры начала образования первых устойчивых зародышей или (практически, в зависимости от чувствительности эксперимента) температуры начала заметного превращения в условиях охлаждения со скоростями и WJJ. [c.134]

С этих позиций в работе [ 23] рассмотрены различные случаи формирования аустенита при той же основной схеме 7-фаза возникает в виде оболочки вокруг карбидных частиц зернистой формы. Для малоуглеродистых сталей, в которых расстояние между карбидными частицами велико, аустенитный участок растет до тех пор, пока не исчерпается весь углерод в его центре (рис. 4, схема / ). При достаточно большом расстоянии между карбидными частицами аустенитные участки могут не столкнуться друг с другом. Дальнейшее развитие процесса будет зависеть от образования новых зародышей 7-фазы, и скорость зарождения может оказаться реакцией, контролирующей кинетику а 7-превращения. Если же расстояние между частицами не очень велико (рис. 4, схема //), существенную роль может играть процесс растворения карбидных частиц за счет переноса углерода к аустенитному участку через а-матрицу. Чем ниже скорость зарождения, тем большую роль играет эта реакция. При [c.20]

Иная зависимость скорости образования центров новой фазы от степени переохлаждения наблюдается при кристаллизации. Основное различие случаев зарождения центров новой фазы из расплава и газовой фазы состоит в следующем. В случае газовой фазы, как было показано выще, зарождение центров новой фазы развивается лавинообразно при некотором критическом пересыщении (рис. 4.21). Скорость же зарождения центров новой фазы в вязком расплаве при малых величинах переохлаждения (при температурах расплава немного ниже Т пл материала) близка к нулю, с увеличением переохлаждения расплава она возрастает, достигает максимума при АТ = АТош, затем снижается и при больших величинах переохлаждения обращается в О (рис. 4.22). Физическое объяснение такого различия состоит в том, что и на зарождение и на рост из расплава, кроме рассмотренного выше термодинамического фактора, сильное влияние оказывает подвижность атомов (скорость диффузии), которая с увеличением переохлаждения расплава значительно уменьшается. Рост скорости образования центров новой фазы при малых АТ обусловлен тем, что вблизи Т пл подвижность атомов велика, а вероятность возникновения критических зародышей растет с увеличением АТ [c.178]

Родин и Уолтон [44] предложили теорию образования критических зародышей, которые состоят всего из нескольких частиц. Следуя в основном общепринятой модели, эти авторы вместо свободной энергии ввели статистические суммы и потенциальные энергии, а затем при определенных допущениях вывели выражение для скорости образования зародышей, состоящих из г частиц. В рамках этой молекулярно-кинетической теории было найдено, что скорость образования центров новой фазы, состоящих из г частиц, описывается формулой [c.327]

При нагреве и охлаждении стали в процессе термической обработки ее структура претерпевает ряд последовательных превращений, которые определяются диаграммой состояния системы Fe-Fe . Следует представлять за символами отдельных фаз и структур реальные кристаллы с особенностями их строения и состава. Для этого необходимо знать механизм кристаллизации и перекристаллизации, который включает образование центров новых кристаллов и их рост в соответствии с температурными зависимостями изобарных потенциалов жидкой G и твердой Gy фаз. В процессе охлаждения стали, нагретой выше температуры аустенитного превращения, происходят фазовые превра1цения в зависимости от скорости охлаждения. При этом при любом виде термической обработки реализуются четыре основных превращения. Рассмотрим эти превращения для звтектоидной стали (содержание углерода 0,8%). [c.160]

При переходе металла из одной полиморфной модификации в другую происходит фазовая перекристаллизация, связанная с образованием новых зерен в структуре металла при полиморфном превращении (в отличие от магнитного превращения) изменяется макро- и микроструктура металла. Процесс перекристаллизации в твердом состоянии при полиморфном превращении подчиняется тем же закбнам, что и процесс кристаллизации, рассмотренный выше. Внутри трансформирующейся фазы возникают центры новой фазы, в которых атомы перестраиваются из одной кристаллической решетки в другую в дальнейшем эти участки увеличиваются вследствие перехода атомов из старой фазы в новую. Число центров зарождения новой фазы и скорость их роста зависят от степени перенагрева или переохлаждения выше или ниже критической точки. [c.51]

Для распада пересыщенного твердого раствора характерно наличие трех последовательных стадий зарождение, рост, коа-лесценция. Зарождение частиц фазы выделения описано в 2. Рост центров новой фазы, состав которой отличается от состава матрицы, определяется диффузией, и на начальных стадиях, непосредственно после зарождения, скорость роста обусловливается процессами на межфазной границе. На более поздних стадиях роста пересыщение вблизи границы становится крайне мало и дальнейший рост частиц фазы выделения происходит за счет диффузии из объема матрицы. Схема распределения концентрации у границы частицы фазы выделения на данной стадии роста приведена на рис. 10.6. В процессе роста пересыщение в матрице убывает и для малых пересыщений рост частиц уже не может осуществляться за счет диффузий из объема. Однако и на этой стадии диффузионный рост частиц не прекращается наиболее крупные частицы продолжают расти за счет растворения мелких частиц выделяющейся фазы. Это явление получило название коалесценции. При этом образование новых зародышей исключено, так как они должны иметь сразу макроскопические размеры, иначе неизбежно их растворение в матрице. [c.208]

Скорость образования центров выделения новой фазы, в переохлажденном растворе, как и в случае фазового превращения в чистом металле, определяется выражением (24). Однако если для чистого металла Q—это энергия активации яерехода атомов через границу раздела фаз, равная энергии активации самодиффузии, то в случае распада твердо го раствора Q представляет энер- гию активации диффузии наиболее медленно диффундирующего элемента. Такая диффузия необходима для образования центров выделения новой фазы, отличающейся по составу от 1матричного раствора. [c.201]

При полимо-рфном превращении происходит изменение микроструктуры металла, связанное с образованием зерен новой фазы, отличающихся по форме и размерам от зерен исходной, — фазовая перекристаллизация. Количество (размеры) зерен новой фазы определяется числам и скоростью роста ее зародышей. В общем случае число зародышей и скорость их роста зависят от температуры нагрева или охлаждения отиосительно температуры полиморфного превращения (критической точки) и от присутствия нерастворимых примесей, облегчающих образование центров кристаллизации. [c.573]

В настоящее время считают, что состав центров первых зародышей новой фазы мало отличается от равновесной концентрации при температуре начала превращения. А. А. Бочвар 12] и И. И. Новиков [51] показали это при неравновесной кристаллизации алюминиевых сплавов эвтектического типа. Для условий фазовых превращений в твердом состоянии такой вывод еще более справедлив потому, что в связи с необходимостью затраты энергии на деформацию для образования устойчивого зародыша повой фазы в исходной твердой фазе требуются более значительные флуктуации состава, чем при кристаллизации жидкости. С момента образования зародышевого центра повой фазы, па межфазной границе весьма быстро устанавливаются концентрации фаз, близкие к равновесным, поскольку для этого не требуется перемещение атомов па значительные расстояния. В то же время внутри фаз создается градиент концентраций, так как в начальные моменты превращения внутренние объемы фаз еще имеют исходный состав. Объемная диффузия, выравнивающая концентрации внутри фаз, приводит к нарушению равновесия на межфазной границе и тем самым стимулирует развитие граничной диффузии, стремящейся вновь восстановить пограничные равновесные концентрации. Ири этом происходит перемещение межфазной границы в сторону фазы либо с более, либо с менее высокой концентрацией растворенного элемента в зависимости от того, понижает или повышает объемная диффузия пограничную концентрацию данного элемента. С увеличением степени переохлаждения линейная скорость роста зародышей новой фазы сначала во.зрастает за счет увеличения градиента концентраций в исходной фазе, а затем снижается вследствие уменьнгения коэффициента диффузии. [c.25]

Центры кристаллизации новой фазы самопроизвольно зарождаются с заметной скоростью только при определенном значительном переохлаждении, что также связано с объемными изменениями при превращении и с необходимостью совершить работу против упругих сил и работу пластической деформации в момент образования зародыша, даже если он возникает на поверхности образца. Для возможности превращения необходимо выполнение условия ДФ > , где Е — упругая энергия и работа пластической деформации, связанная с образованием зародыша полиморфной модификации (отнесенная к грамм-атому металла) ДФ — разность свободных энергий исходной и образующейся аллотропических модификаций АФ = LATIT (L — скрытая теплота превращения АТ — переохлаждение Г, — температура равновесия фаз). Из этого условия следует, что температура переохлаждения, при которой могут возникать зародыши новой фазы, должна превышать АТ о = ETJL. [c.17]

Исходя из анализа, проведеиного в гл. 1 и 6, положительная зависимость а( б н) может быть объяснена увеличением числа центров конденсации с ростом температурного напора. При этом образование новой фазы н, следовательно, увеличение ее количества, становится более вероятным. Увеличение -количества фазы на поверхности теплообмена в свою очередь приводит к уменьшению поверхностных сил, увеличивается время передвижения жидких частиц по поверхности и время их удаления. Скорость удаления жидкой фазы начинает все более отставать от скорости ее появления, что в конечном итоге приводит к отрицательной зависимости. [c.165]

Второй возможный путь образования включений заключается в следующем (фиг. 48). Пусть состав сплава лежит в той части диаграммы состояния многокомпонентной системы, где первая термодинамически устойчивая твердая фаза, возникающая при охлаждении, является сложной фазой силикатом, алюминатом или каким-либо другим сложным окислом. В составе этой сложной фазы концентрации компонентов на один — два порядка больше, чем их концентрации в расплаве, поэтому рост образовавшихся зародышей новой фазы очень сильно лимитируется диффузией компонентов к этим центрам. Скорость роста этих частиц настолько мала, что выделение теплоты кристаллизации окажется ничтож- [c.224]

С повышением температуры превращения при высоких скоростях нагрева (при перенагреве) свободная энергия системы возрастает настолько, что число центров зарождения 7-фазы увеличивается за счет их образования в областях структуры о меньшей плотностью дислокаций. Свободная энергия, существующая вокруг этих зон, исчезая при превращении, передается зародышу новой фазы, понижая энергию его образования. Отмеченное подтверждается тем обстоятельством, что при быстром нагреве стали аустенит образуется в первую очередь вокруг деформированных участков а-фазы, термодинамический потенциал которых выше, чем у недеформированной а-фазы, из-за наличия большого количества дефектов кристаллического строения и низкой устойчивости с термодинамической точки зрения. В то же время при медленном нагреве (со скоростью до 1 °С/мин) в результате исчезновения искажений решетки в образцах с различной исходной структурой образуется примерно одинаковое количество аустенита, так как при этом участками зарождения 7-фазы становятся поверхности раздела фаз. [c.74]

В паровой фазе время от времени происходят флуктуации, при которых молекулы пара слипаются, образуя молекулярные комплексы — зародыши жидкой фазы. В ненасыщенном паре, когда устойчива газовая фаза, комплексы неустойчивы и вскоре распадаются (испаряются). В пересыщенном паре неустойчивы лишь комплексы очень малых размеров. Увеличение мельчайших комплексов за счет прилипания новых молекул энергетически невыгодно из-за возрастания поверхностной энергии на границе раздела между жидкой и газовой фазами. Рост комплексов достаточно больших размеров энергетически выгоден, так как благоприятный объемный энергетический эффект (выделение скрытой теплоты) при достаточно больших размерах становится больше неблагоприятного поверхностного. При каждой степени пересыщения существуют определенные, критические размеры комплексов. Сверхкритические зародыши с радиусом больше критического) устойчивы, жизнеспособны и обнаруживают тенденцию к дальнейшему росту и превращению в капельки жидкости. Скорость образования жизнеспособных зародышей центров конденсации пропорциональна вероятности появления комплексов критических размеров. Для образования таких комплексов должна быть затрачена некая энергия АФтах нужно преодолеть потенциальный барьер, поэтому вероятность таких флуктуаций по закону Больцмана пропорциональна ехр (—ДФтах/ )- [c.459]

С точки зрения фрактальной модели, понятие критического зародыша получает иную интерпретацию. Поскольку во фрактальных струетурах наблюдается степенное снижение плотности вещестаа в направлении от центра к периферии, пространственная размерность догакна постепенно изменяться от 3 в центре до приблизительно 2 на периферии. Таким образом, для фрактального кластера малого размера, какими являются рассматриваемые зародыши, понятие поверхности как линии раздела фаз фактически теряет смысл. Для роста зародыша нет необходимости преодолевать энергетический барьер образования новой поверхности. При достижении зародышем Kpirra-ческого р мера реализуется состояние идеального пористого объекта, и скорость его роста значительно увеличивается [80]. [c.166]

В настоящем разделе будут затронуты лишь отдельные вопросы теории эвтектоидных превращений, детальное описание очень подробных исследований, посвященных изучению перлитного превращения в сталях, читатель найдет в литературе, помещенной в конце данной главы. Теория пластинчатого роста была рассмотрена в разд. 3.3 многие из замечаний, касающихся применения этой теории к процессу прерывистого выделения (разд. 6.2), относятся также и к эвтектоидному распаду. В сплавах эвтектоид-ного состава в процессе изотермических выдержек при температурах, расположенных не слишком далеко от эвтектоидной температуры, обычно образуются пластинчатые агрегаты. При высоких температурах скорость зарождения мала, а скорость роста относительно велика. Продукты распада растут в этом случае из небольшого числа центров и имеют вид приблизительно сферических образований, каждое из которых содержит большое число колоний, или ячеек, состоящих из параллельных пластин. Скорость роста не зависит от размера зерна, так что, по-видимому, указанные образования легко прорастают через границу зерен, хотя процесс этот, вероятно, включает зарождение новых колоний. В пределах одной колонии пластинки приблизительно параллельны и имеют одинаковую ориентировку для перлита это обусловлено, как показал Хиллерт, ветвлением пластин. Растущее образование увеличивается в размере до тех пор, пока не встречается с другим агрегатом каждое из таких образований может вырастать до размеров, значительно превосходящих размеры исходного зерна 7"фазы. [c.308]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...