11. Принцип структурного и размерного соответствия при вторичной кристаллизации, Структуры, формирующиеся при его соблюдении.

Растущая фаза стремиться принять такую форму и таким образом ориентировать кристаллическую решетку относительно материнской, чтобы минимизировать сумму поверхностной и упругой энергии. В этом проявляется принцип размерного и структурного состояния.

Для определения направления роста кристалла, необходимо рассмотреть модуль упругости первого рода, чем меньше модуль упругости в данном направлении, тем проще в этом направлении расти кристаллу.

E_x=E_y=E_z  равноосная форма вторичного кристалла

E_x<E_y=E_z  игольчатая форма вторичного кристалла

E_x>E_y=E_z  пластинчатая форма вторичного кристалла

 

12. Нормальный и мартенситный механизмы превращений. Влияние механизма превращения на форму вторичных кристаллов.

При низких температурах, в условиях близких к нулю диффузионных подвижностях процесс роста кристалла новой фазы будет осуществляться по бездиффузионному сдвиговому мартенситному превращению. При мартенситном превращение перестроение кристаллической решетки осуществляется за счет закономерного, взаимообусловленного, взаимозависимого смещения атомов на небольшое расстояние, при этом атомы сохраняют своих соседей. Мартенситное превращение – атермический процесс, не требует диффузионной подвижности атомов для своего превращения. Решетка мартенсита всегда когерентна материнской решетке, границы всегда подвижны следовательно не требуют диффузии.

 

13. Гомогенное и гетерогенное зарождение вторичных кристаллов; влияние вида зарождения на структуру.

Гомогенное зарождение

Большинство процессов вторичной кристаллизации подчиняются законам первичной (зарождение и рост кристаллов), но имеют особенности, связанные с тем, что процессы происходят в упругой матрице и при более низких температурах, чем первичная кристаллизация.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общее изменение свободной энергии при образовании зародыша α-фазы

ΔG= -ΔGV ·U + S·σ + Z     (1)

По сравнению с первичной кристаллизацией появилась дополнительная энергия (упругая) Z, затрудняющая образование ЦК.

Процессы вторичной кристаллизации идут таким образом, чтобы минимизировать затратные составляющие.

Рост вторичных кристаллов может идти по диффузионному (нормальному) и мартенситному (сдвиговому) механизму.

Представим выражение (1) в функциях энергий атомов в α- и β-фазах

ΔG = n·(gβ -gα) + η·n⅔σ + nΔgS     (2)

n –  число атомов в зародыше;

gβ  и gα  - энергия атоиов в α- и β-фазах;

nΔgS   - упругая энергия при образовании зародыша;

σ -  усредненная поверхностная энергия на единицу площади;

η – фактор формы кристаллов;

Δg´ = gβ -gα-ΔgS   -  эффективная движущая сила.

Поверхностная и упругая энергия зародыша зависят от формы кристалла и характера поверхности раздела.

 

Анализ показывает: когерентная граница – самая низкая поверхностная энергия и самая высокая упругая; некогерентная – самая высокая поверхностная энергия и самая низкая упругая.

Формула (2) показывает: мелкие зародыши – когерентны матрице, вырастая, они становятся некогерентными.

nc = (2·η·σ/3·Δg´)³                ΔGc = (1/3) ·η·σ·(nc)⅔ gS

Скорость образования зародышей I будет прямо пропорциональна exp( - ΔGc / kT) – типично термически регулируемый процесс. С другой стороны рост зародыша связан с необходимостью перехода атомов через границу раздела, число которых пропорционально υ·exp(- Δgm / kT ), где υ- характеристическая частота, по порядку величины близка к частоте Дебая и иногда записывается как  k·T / h.

Гетерогенное зарождение

Сюда относятся процессы зарождения на дефектах кристаллического строения – границах зерен, блоков, дислокациях. Во всех случаях уменьшается энергетический барьер, связанный с необходимостью образования поверхности раздела

 

σαβ

σββ

β

                                               Cos(υ)= σββ / 2σαβ

                                             

α

σαβ

β

                                                 

 

 

 

 

Введем обозначение  χ = σββ/σαβ  . Отношение энергии активации процесса образования ΔGc (на границе) к ΔGc  внутри зерна определяется выражением  

ΔGc (на границе)/ ΔGc (внутри зерен) =  1- (3 χ/4) + (χ³/16)

При   χ → 2 энергетический барьер отсутствует!

При зарождении на ребре барьер исчезает при χ→√3. При зарождении на вершинах ребер барьер исчезает при χ →    2√2 /√3   .(Замечание: Зарождение внутри зерна – самое трудное, но зато все  атомы зерна могут принять участие в процессе зародышеобразования. На границе зарождения легче, но число атомов уменьшается в (L/δ)²  раз, на вершинах в (L/δ)³  раз. )

Показано, что с увеличением скорости охлаждения наблюдается следующая последовательность преимущественных мест зарождения: вершины, ребра, границы зерен – внутри зерна.

Особый случай гетерогенного зарождения – на дислокациях. Здесь зарождение облегчается тем, что энергия системы понижается за счет частичного уничтожения упругой энергии этих дислокаций. Таким образом, зарождения в бездефектной матрице на практике - гомогенное зарождение – редкое явление, практически всегда зарождение гетерогенное.

Растущая фаза стремиться принять такую форму и таким образом ориентировать кристаллическую решетку относительно материнской, чтобы минимизировать сумму поверхностной и упругой энергии. В этом проявляется принцип размерного и структурного состояния.

 

14. Влияние степени переохлаждения на скорость вторичной кристаллизации и строение продуктов распада.

Аналогично как и в первичной кристаллизации, только еще нарисовать С-образные кривые, рассказать про мартенситное и нормальное превращение при вторичной кристаллизации.

 

15. Классификация процессов вторичной кристаллизации по различным классификационным признакам.

По месту зарождения новой фазы.

1.                  Гомогенное зарождение - в однородной матрице.

2.                  Гетерогенное зарождение – на включениях, готовых поверхностях раздела, дефектах кристаллического строения.

По факторам, контролирующим процесс роста новой фазы.

1. Термически активируемый рост, контролируемый диффузией и процессами на поверхности раздела исходной и материнской фаз.

2. Атермический рост, не зависящий от температуры.

По механизму роста новой фазы.

1.Нормальный (диффузионный).

2. Мартенситный.

По характеру поверхности раздела между исходной и материнской фазами.

1.                  Когерентная.

2.                  Полукогерентная.

3.                  Некогерентная.

По наличию или отсутствию энергетических барьеров образования флуктуации состава различают:

а) процесс зарождения и роста;

б) спинодальный распад;

По наличию или отсутствию четкой границы между участками зерен претерпевающими и не претерпевающими распад.

1)                 Непрерывный (однофазный) – нет четкой границы;

2)                 Прерывистый (двухфазный) – есть четкая граница;