Процесс кристаллизации и фазовые превращения в сплавах - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Переход сплава из жидкого состояния в твердое, как и при Кристаллизации чистых металлов, протекает только при наличии некоторого переохлаждения, когда энергия Гиббса жидкой фазы оказывается выше энергии Гиббса твердой фазы. Процесс Затвердевания протекает в результате образования центров кристаллизации (зародышей) и последующего их роста в виде дендритных или полногранных кристаллитов.
Для образования устойчивого зародыша необходимы не только гетеро-фазные флуктуации, но и флуктуации концентрации.
Флуктуациями концентрации называют временно возникающие отклонения химического состава сплава в отдельных малых объемах жидкого раствора от среднего его состава( возникают вследствие диффузионного перемещения атомов вещества в результате тепловых движений в жидком растворе)
Зародыш новой фазы может возникнуть только в тех микро-объемах исходной фазы, состав которых в результате флуктуации концентрации и расположения атомов соответствует составу и строению новой кристаллизующейся фазы.
Превращения в твердом состоянии протекают в результате образования зародышей новой фазы и последующего их роста и также должны отвечать основному термодинамическому условию - уменьшать энергию Гиббса всей системы.
Распад твердого раствора или Полиморфное превращение протекает с образованием фаз, имеющих состав, отличный от исходной матричной фазы, поэтому для гомогенного возникновения зародыша новой фазы критического размера необходимо наличие флуктуации концентрации. Чаще зародыши образуются в дефектных местах кристаллической решетки, на границах зерен, в местах скопления дислокаций, на включениях примесей и т. д. (гетерогенное зарождение). Рост зародышей новой фазы происходит неупорядоченным переходом атомов через границу раздела из исходной фазы во вновь образуемую.
При образовании зародыша новой фазы во многих случаях соблюдается Принцип структурного и размерного соответствия.
Зародыш новой фазы сопряжен с исходной фазой (матрицей) по определенным кристаллографическим плоскостям, наиболее сходным по расположению атомов и по расстоянию между ними.
Пока на границе новой и исходной фаз существует сопряженность, или когерентность, решеток по определенным кристаллографическим плоскостям (рис. 33, а), рост новой фазы происходит с большой скоростью, так как атомы перемещаются упорядоченно на незначительные расстояния. Однако образование зародыша новой фазы влечет за собой возникновение упругой энергии (т. е. энергии упругой деформации) за счет разности удельного объема исходной и новой фаз. Величина этой энергии в некоторый момент превышает предел упругости среды, что вызывает сдвиговую деформацию, нарушение когерентности и образование межфазовой границы (рис. 33, б). Вследствие этого когерентный рост становится невозможным.
Рис. Схематическое изображение соотношений между решетками исходной и новой фаз:
А - непрерывный переход одной решетки в другую при росте кристалла новой фазы (когерентная связь); б - неупорядоченность на границе, приводящая к нарушению когерентной связи
При высоких температурах когерентность быстро нарушается, поскольку предел упругости оказывается сильно сниженным, однако рост кристаллов новой фазы продолжается достаточно быстро, но уже в результате диффузионного перемещения атомов от матричной фазы к новой через границу раздела фаз. Такой механизм превращения называется Диффузионным, или нормальным.
Если новая стабильная фаза по составу и структуре кристаллической решетки сильно отличается от исходной, нередко возникает Метастабильная фаза, которая по составу или структуре является промежуточной.
При определенных условиях метастабильная фаза переходит в стабильную, что сопровождается снижением свободной энергии. Этот переход обычно ведет к нарушению когерентной связи решеток и образованию обычной межфазной границы (см. рис. 33, б).
В случае полиморфного превращения при переохлаждении высокотемпературной фазы до низких температур происходит бездиффузионное превращение высокотемпературной модификации (Р) в низкотемпературную (а). При этом изменение состава фаз не происходит. Превращение протекает сдвиговым путем, в основе которого лежит кооперативное и закономерное перемещение атомов, когда они сохраняют своих соседей и смещаются по отношению друг к другу на расстояния, меньшие межатомных. Новая фаза когерентно связана с исходной фазой. При нарушении когерентности рост кристаллов прекращается, так как диффузионный переход из одной фазы в другую при низких температурах невозможен. Превращение развивается за счет образования новых кристаллов, когерентно связанных с исходной фазой. Рост кристаллов новой фазы протекает с большой скоростью (~ 103 м/с).
Такое превращение называют Мартенситным (см. с. 170), а образующую фазу мартенситом.
Похожие статьи
-
Частицы примеси имеют ту же решетку с металлом, что дает когерентность роста. Чем больше примесей, тем больше зерен и меньше их размер. Такой рост...
-
1. точечные: - вакансии (дефекты Шоттки), т. е. узлы решетки, в которых атомы отсутствуют - Межузельные атомы (дефекты Френкеля) образуются в результате...
-
Твердые растворы - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Твердые растворы - фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других компонентов располагаются в решетке...
-
Структура сплавов - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Строение металлических сплавов зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, их образующие. Под структурой, как уже указано ранее,...
-
Химические соединения - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Характерные особенности химических соединений: 1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение. 2. В соединении...
-
Атомно-кристаллическая структура - взаимное расположение атомов (ионов), существующее в реальном кристалле. Атомы (ионы) располагаются на таком...
-
Все металлы и металлические сплавы - тела кристаллические, атомы (ионы) расположены в металлах закономерно в отличие от аморфных тел, в которых атомы...
-
Электроннолучевая плавка металлов Для получения особо чистых металлов и сплавов используют электроннолучевую плавку. Плавка основана на использовании...
-
Для анализа кристаллизационного процесса был выполнен ДТА сплавов системы Al - Si с содержанием Si: 0.25, 0.5, 1.0, 3.0 и 5.0 %. Основные параметры...
-
Сплавы на основе системы алюминий - кремний Сплавы Al - Si являются наиболее распространенными литейными алюминиевыми сплавами. Это связано с хорошим...
-
Общая характеристика металлов - Металлические сплавы как основа конструкционных материалов
Физические свойства металлов и сплавов 1) Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В...
-
Сплавы, диаграммы состояния двухкомпонентного сплава - Свойства металла
Как конструкционный материал металлы в чистом виде почти не используют. Материалы и сплавы принято делить на черные и цветные. Черные - железо, никель,...
-
Сплав Д1 - относится к числу дюралюминов. Такой вид сплавов обладает достаточно высокой прочностью, пластичностью и относится к числу нормальных...
-
Общая характеристика и классификация магниевых сплавов - Сплавы цветных металлов
Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность. Основными легирующими элементами магниевых сплавов являются Al, Zn, Mn. Для...
-
На рентгенограммах феррохрома четко зафиксированы структурные линии, относящиеся к образованию фазового перехода, определенного, как г-фаза и образованию...
-
Свойства меди Медь - металл красновато-розового цвета, медь менее тугоплавка, чем железо, но имеет большую плотность. Медь обладает хорошей...
-
Основные характеристики исследуемых смазочно-охлаждающих жидкостей Объектом исследования являлись образцы смазочно-охлаждающих жидкостей трех различных...
-
Вывод - Исследование горячеломкости литейных сплавов на основе систем Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu
В данной работе была изучена проблема исследования горячеломкости сплавов систем Al - Si, Al - Cu, Al - Si - Cu. В частности, было исследовано влияние...
-
Характеристики некоторых типов лазеров - Лазеры
Разнообразие лазеров. В настоящее время имеется громадное разнообразие лазеров, отличающихся между собой активными средами, мощностями, режимами работы и...
-
Сварка плавлением - Процессы сварки металлов плавлением
Сварка плавлением осуществляется нагревом свариваемых кромок до температуры плавления без сдавливания свариваемых деталей. При нагреве с повышением...
-
Для анализа структурообразования в литейных сплавах Al - Cu используется участок диаграммы состояния от Al до первого химического соединения (CuAl2)...
-
Исследование зависимости горячеломкости от состава в количественной форме впервые было выполнено Вэрэ на примере системы Al - Si. По его данным, при...
-
Введение - Исследование горячеломкости литейных сплавов на основе систем Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu
Развитие современной науки и техники показало, что важной составляющей технологического производства являются качественные показатели получаемой...
-
Характеристика сплава Таблица 4 Марка чугуна Массовая доля элементов,% (остальное) Механические свойства С Si Mn P S Вв HB Не более МПа СЧ 15 3.5 -3.7...
-
Превращения при отпуске - Характеристика термической обработки
Отпуском называют термическую операцию, заключающуюся в нагреве закаленной стали до температуры ниже ac1, с последующей выдержкой и охлаждением с...
-
Основы теории термической обработки Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с...
-
Диод Шоттки (назван в честь немецкого физика Baльтера Шоттки) - полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Диоды Шоттки...
-
Примеси оказывают разнообразное и часто очень сильное действие на горячеломкость. Роль примесей неоднократно обсуждалась применительно к самым разным...
-
Четвертый путь снижения горячеломкости - введение в сплав малых технологических добавок. Под технологическими добавками понимают такие малые добавки,...
-
Первый путь снижения горячеломкости - выбор оптимального состава по основным компонентам при разработке новых и улучшении существующих сплавов. Выбирая...
-
Цель работы: Научиться самостоятельно, проводить микроскопический анализ. В процессе выполнения работы необходимо изучить методику приготовления...
-
Имеющийся производственный опыт не позволяет сделать строгих выводов о влиянии газосодержания расплава на горячеломкость, так как в цеховых условиях при...
-
Материальный баланс процесса жидкостной экстракции - Процесс экстракции
Однократная (одноступенчатая) экстракция. Рассмотрим одноступенчатую (однократную) экстракцию. Этот простейший метод заключается в том, что исходный...
-
Нами исследовался ферросиликомарганец с содержанием марганца - 67,8 %. Результаты термогравиметрического анализа ферросиликомарганца приведены в...
-
Периодически повторный инструктаж - Характеристика процесса хлебопечение
Проводится для проверки знаний работниками безопасные приемы работы, а также правила и инструкции по технике безопасности. Работники общественного...
-
Месторождение представляет собой крупное антиклинальное подсолевое поднятие платформенного типа северо-восточного простирания. Продуктивные пласты в нем...
-
Физико-химическая характеристика нефти месторождении Тенгиз Месторождение расположено на северо-восточном побережье Каспийского моря, в 150 км к...
-
Рассмотрим ЛАЧХ и ЛФЧХ системы (рисунок 18): Рисунок 21 - ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы по каналу управления Исследуемая система устойчива, если ее...
-
Фазовые переходы и полиморфизм - Изоморфизм и варизонные структуры карбида кремния
В таблице 1 приведена современная классификация полиморфизма. К полиморфным превращениям могут приводить Фазовые переходы первого и второго рода. Фазовые...
-
Проблемы при неправильной эксплуатации жидкости и отсутствия контроля над основными физико-химическими показателями могут возникать отклонения в качестве...
Процесс кристаллизации и фазовые превращения в сплавах - Характеристика и структурные методы исследования металлов