ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ориентированные выделения при различных фазовых превращениях в твердом состоянии из "Ориентированная кристаллизация" Если фазовые превращения не сопровождаются вторичными явлениями, то должна соблюдаться кристаллографическая обратимость , т. е. сохранение исходной ориентировки при замкнутом цикле. Это означает, что монокристалл исходного вещества после прямого и обратного превращения должен оставаться монокристаллом, хотя продукт превращения не обязательно состоит из одного кристалла, так как обычно структурное соотношение фаз допускает несколько равновероятных ориентаций. В кристаллографической обратимости процесса фазового превращения заключено своеобразное явление памяти , согласно которому перемещение атомов при прямом и обратном процессах идет по одним и тем же путям. Мы обращаем внимание на существование этой закономерности потому, что в ряде работ авторы ошибочно полагают, что если при прямом превращении возможно п равновероятных ориентировок, то при обратном. каждая нз образовавшихся областей может в свою очередь тоже дать п новых ориентаций. Таким образом, в результате замкнутого цикла вместо исходного монокристалла должны были бы образоваться зерна с ориентациями. При большом я это равноценно возникновению поликристаллической структуры, практически без преимущественной ориентировки. [c.337] Ориентационная зависимость в решетках видманштеттовых структур впервые экспериментально определена Юнгом [44] при помощи рентгеноструктурного анализа. В этой работе показано, что пластинки объемноцентрированной кубической а-фазы (ка-масит) выделяются из исходной высокотемпературной гранецентрированной кубической у-фазы (тэнит) вдоль октаэдрических плоскостей последней таким образом, что плоскости (ПО) а и (111) Y параллельны. Автор обращает внимание на близкое сходство в расположении атомов в соответствующих плоскостях и на тот факт, что перемещение атомов в процессе выделения невелико. [c.338] Наиболее простым примером наличия ориентациолных зависимостей при преврашениях в твердом состоянии являются аллотропические превращения в чистых металлах. Детально кристаллография этих превращений изучена у железа, кобальта, таллия и циркония (табл. 52). Наличие закономерных выделений новой фазы по отношению к старой обнаружено также у Т1 V и [45—48]. [c.339] Механизм аллотропических превращений в значительной степени зависит от температуры. Если процесс осуществляется в условиях, когда подвижность атомов достаточно велика, то превращение протекает диффузионным путем. При низких температурах, как правило, перестройка решеток происходит по мартенситному типу. Так как диффузионные процессы могут быть заторможены быстрым охлаждением, то в железе с содержанием углерода 0,01% в зависимости от скорости охлаждения процесс может идти по обоим механизмам. В железе и его сплавах с /, Мо и Со вследствие высоких значений коэффициентов диффузии и самодиффузии при температурах ниже 1100° С скорость диффузионного превращения у- а велика, поэтому подавить процесс нормального превращения трудно. Тем не менее при значительном перегреве чистого железа в области у-фазы (до 1350° С) удается резким охлаждением осуществить переход у- а по мартенситному механизму [54]. [c.339] Превращения по обоим механизмам в зависимости от скорости охлаждения могут иметь место в титане и цирконии. В кобальте, а также в щелочных металлах, у которых температура фазового перехода низка, превращение осуществляется исключительно по мартенситному механизму. Однако легирование кобальта элементами, повышающими температуру равновесия а Р, создает возможность для диффузионной перестройки решеток. Ориентированные аллотропические превращения происходят в сплавах железа с N1, Со, Сг и Мп, а также в многочисленных сплавах на основе титана и циркония. [c.339] Долгое время существовала неправильная точка зрения, что при перестройке рещетки, осуществляемой по диффузионному механизму, ориентированные кристаллы новой фазы возникают лишь при охлаждении, тогда как при нагреве кристаллы новой фазы после фазового превращения ориентируются произвольно. Это представление, противоречащее теории образования зародышей новой фазы на анизотропной подложке, было опровергнуто в работах Садовского с сотрудниками [55]. Ниже на при-хмере сталей мы покажем, что наличие ориентационных связей между фазами при нагреве и охлаждении имеет очень важное практическое значение. [c.340] По существовавшим ранее представлениям, при нагреве сталей выше температуры Ас зародыши аустенита возникают на границе ферритной и цементитной фаз и имеют произвольную ориентировку относительно исходной структуры. При закалке аустенит переходит в мартенсит, причем это превращение совершается упорядоченно в пределах каждого зерна. Таким обра-зОхМ, казалось, что одной фазовой перекристаллизации достаточно для полного изменения структуры. [c.340] Опыт показывает, что это положение неверно. После закалки предварительно перегретой стали с крупным зерном от температуры несколько выше Лсз обнаруживается ориентационная связь исходной и конечной структур. Оказывается, что при нагреве крупнозернистой стали выше Асз несмотря на прохождение фазовой перекристаллизации получается сталь со следами первоначальной структуры. Это явление связано с наличием внутризеренной текстуры, возникающей вследствие ориентированной перестройки решетки исходной фазы в аустенит. Из-за наличия такой текстуры образовавшаяся область кристаллов новой фазы ведет себя как крупное зерно исходной структуры. Для ликвидации внутризеренной текстуры, создающей серьезные трудности при термической обработке, можно применить многократную перекристаллизацию. Тогда, вследствие несовершенства ориентировки, каждый цикл перекристаллизации вызывает нарушения ориентационной связи, что в конце концов приводит к полной дезориентации структуры. Другой способ разрушения текстуры состоит в нагреве стали до температуры на 100—200° С превышающей Асз, которая соответствует началу рекристаллизации аустенита после фазового наклепа [55]. [c.340] На рис. 107 представлена диаграмма состояний Ре—С, из которой видно, что в концентрационной области до 1,7% С аустенит (твердый раствор внедрения углерода в у-железе) распадается на феррит и цементит. Растворимость углерода в гранецентрирован ной решетке у-железа (до 1,7%) значительно выше, чем в объемноцентрированной решетке а-железа (до 0,04% С). Цементит представляет собой карбид железа (РезС) и имеет ромбическую решетку. В стали эвтектоидного состава (0,8% С) при медленном охлаждении ниже температуры 723°С образуется пластинчатая структура, состоящая из чередующихся кристаллов феррита и цементита. Эта структура получила название перлита. Механизм распада аустенита зависит от температуры превращения. С увеличением скорости охлаждения образуются различные по дисперсности структуры перлит, сорбит и тростит. При некоторой критической величине скорости охлаждения вместо указанных структур происходит бездиффузионный процесс перестройки аустенита в мартенсит. [c.341] Выше отмечалось, что в промежуточной области температур между перлитным и мартенситным превращениями наблюдается образование игольчатой структуры, получившей название гростита. Хотя механизм этого превращения еще окончательно не выяснен, можно полагать, что в отличие от образования перлита, при росте тростита ведущей фазой является не цементит, а феррит. Структура тростита состоит из игольчатых выделений ферритной фазы и зернистых карбидных частиц. [c.343] Высокотемпературные фазы указаны первыми. [c.344] Геометрически легко показать, что ориентационное соотношение между РбжС и мартенситом удовлетворяет условию наилучшего соответствия сопрягающихся плоскостей. [c.345] Ориентировки продуктов распада р-фазы представлены в табл. 53. [c.346] В заключение отметим, что ориентационные соотнощения должны наблюдаться во многих случаях эвтектической кристаллизации из жидкой фазы. В пользу этого утверждения свидетельствует металлографическое исследование сплавов эвтектического состава, часто выявляющее строгую параллельность пластинок двух фаз, которые образуют эвтектику. [c.346] Кинетика эвтектической кристаллизации теоретически подробно исследована Пинесом [60], который, в частности, объяснил, почему при достаточно больших пересыщениях образуются зерна с пластинчатой структурой. [c.346] Следует обратить внимание на тот факт, что в процессах внутренних превращений, происходящих с изменением состава фаз, скорости диффузионного перераспределения атомов могут иметь аномально высокие значения. Иногда несмотря на то, что эти процессы протекают при столь низких температурах, при которых нормальные скорости диффузии исчезающе малы, они сопровождаются образованием областей с различной концентрацией компонентов (различных фаз), причем все превращение протекает за очень малое время. Согласно Конобеевскому [77], это явление может быть объяснено наличием напряжений, возникающих вследствие различия в удельных объемах и в структуре сопрягающихся поверхностей фаз, которые участвуют в превращении. В частности, напряжения при выделении новой фазы должны вызывать восходящую диффузию избыточного компонента по направлению к растущему зародышу, ускоряющую кристаллизацию. По мере роста зародышей превращение протекает автокаталитически. [c.347] Вернуться к основной статье