ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Образование и стабильность зон из "Неоднородные металлические твердые растворы" Пересыщенный твердый раствор нестабилен в нем происходят изменения, в результате которых свободная энергия уменьшается. Минимальной энергией обладает система, представляющая собой смесь обедненной матрицы и стабильных выделений, в соответствии с диаграммой равновесия. Однако, согласно теории процессов выделения, для осуществления изменений в твердом растворе, происходящих путем процесса зарождения и роста, необходима энергия активации W. Последняя связана с энергией границы раздела между зародышем и матрицей [172]. Эта энергия тем больше, чем сильнее отличаются между собой кристаллические структуры зародыша и матрицы. При низких температурах прямой переход твердого раствора к равновесной структуре иногда невозможен вследствие того, что множитель ехр(—W/kT) слишком мал. Однако если в системе имеются локальные изменения структуры, например группы атомов, обладающие избыточной энергией dW по сравнению с нормальной, то зародыши могут образовываться. Действительно, в этом случае вероятность образования зародышей, пропорциональная ехр [(—W -f dW)lkT возрастает. [c.98] НИЦ МОЖНО обнаружить некоторое количество выделений. В этом случае выделения выявляют ряд отдельных линий дислокаций [174]. Если существуют выделения двух видов, то при более низкой температуре наблюдаются те выделения, зародыши которых образуются с меньшей затратой энергии. Рассмотрим в качестве примера систему А1 — Си. Для выделения 0 -фазы необходима более низкая энергия активизации, чем для выделения равновесной 0-фазы. Это объясняется тем, что выделения 0 -фазы когерентны с матрицей по габитусной плоскости (100), тогда как выделения 0-фазы полностью некогерентны. В соответствии с этим в недеформирован-ном сплаве температура появления 0 -фазы равна 200°С, а температура появления 0-фазы равна 350°С. После слабой холодной деформации (прокатка с 10-процентным обжатием по толщине) выделения 0 -фазы обнаруживаются после 20 час выдержки при 150° С. В порошке из опилок даже при комнатной температуре образуются выделения 0-фазы [126]. [c.99] Поверхностная энергия зон очень мала, так как зоны когерентны с матрицей по всем трем измерениям. Для образования этих зон необходима очень малая энергия активации, поэтому они могут появляться при низкой температуре, когда другие процессы распада невозможны. Очевидно, что в случае образования зон сплав должен иметь более низкую свободную энергию, чем в том случае, когда он находится в состоянии твердого раствора. [c.99] Следует также сказать, что размеры стабильного за-родыща зоны очень малы. Если бы поверхностная энергия отсутствовала, то они были бы равны нулю. Однако поверхностная энергия истинных выделений настолько велика, что процесс истинного выделения не может происходить при комнатной температуре. В основном именно этой причиной объясняется наличие стадии предвыделения. [c.99] Обсудим теперь два интересных вопроса. Во-первых, надо доказать, что полная энергия кристалла, имеющего зоны,-ниже, чем энергия гомогенного кристалла. Во-вторых, необходимо объяснить наблюдаемую кинетику образования зон. [c.99] Мы будем исходить из кривой зависимости свободной энергии твердого раствора от концентрации растворенного вещества. Мы не умеем рассчитывать эту кривую в общем случае, поэтому последующее рассмотрение следует считать лищь качественным. [c.100] Кратко напомним основные положения термодинамической теории сплавов [175, 176]. Форма кривой зависимости свободной энергии от концентрации для сплава, предел растворимости для которого при рассматриваемой температуре равен i, приведена на фиг. 29, а. Твердый раствор нестабилен, когда его состав соответствует точке, лежащей между точками i и Сг. Сплав с концентрацией С может стать гетерогенным, если в процессе его распада на два твердых раствора с очень близкими концентрациями С — d и +d свободная энергия понижается. Для этого необходимо, чтобы кривая f=f (G) была выпукла, или, иными словами, чтобы вторая производная d Fld была отрицательной. В этом случае будет иметь место восходящая диффузия. Кривая температурной зависимости тех концентраций, для которых d F/d =0, называется спинодалью. Она лежит ниже кривой растворимости, вьше которой твердый раствор гомогенен (фиг. 29, б). Спинодаль можно рассчитать по кривым растворимости (Борелиус [178—180]). Свободная энергия описывается полуэмпирической формулой, коэффициенты которой выбраны так, чтобы получить наилучшее согласие с данными по растворимости. [c.100] Ниже спинодали твердый раствор может распадаться на две фазы, имеющие одинаковые решетки, но разные составы. Как установили Делингер и Франц[177], этот случай реализуется в тройных сплавах Си — Ni — Fe и Си — Ni — Со (см. 21). Наоборот, у сплава А1 — Си, как показывает расчет, область температур и концентраций, в которой наблюдается выделение, расположена вьше спинодали. [c.100] Кнаппа показывает, что это уменьшение достаточно для того, чтобы сплав, обладающий комплексами, имел меньшую свободную энергию, чем гомогенный твердый раствор. [c.102] Ниже спинодали комплексы, или зоны, могут расти неограниченно, так что сплав может полностью расслоиться. Выше спинодали размер стабильных зон уменьщается и становится равным нулю для температуры растворимости, где стабилен гомогенный сплав. [c.102] Заметим, что описанные выше зоны в сплавах А1 — как раз и представляют собой комплексы, которые рассматривает Делингер. [c.102] Вернуться к основной статье