Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
324
Los Alamos Science Number 26 2000
Плутоний и его сплавы
Время (с)
Углерод (мае. %)
и включения. Дислокации не очень эффективно понижают поверхностную энергию раздела фаз, однако искажения решетки в окрестности дислокаций могут понизить полную энергию упругой деформации зародыша. К тому же дислокации способны ускорять диффузию растворенных атомов так же, как могут ее ускорять границы зерен и избыточные вакансии, захваченные при быстром охлаждении.
Чтобы зародыши могли расти, межфазные границы (обычно это сочетание полу-когерентных и некогерентных границ) должны перемещаться. Некогерентные границы, как правило, двигаются быстро, тогда как полукогерентные перемещаются с трудом. Как следствие, вторая фаза во многих системах приобретает дискообразную или пластинчатую форму. Для роста зародышей, так же как и их зарождения, требуется диффузия; поэтому этот процесс также контролируется кинетической зависимостью типа уравнения Аррениуса. Кинетика превращений представляется, как правило, в виде TTT кривых (температура, время, превращение), называемых так потому, что они демонстрируют развитие превращения в зависимости от времени и температуры (рис. А) и дают ценную информацию о предполагаемой последовательности развития микроструктур при различных видах термообработки.
Мартенситные превращения. Диффузионные превращения могут быть очень чувствительными к скорости охлаждения. Во многих системах таких превращений можно избежать при достаточно быстром охлаждении до температуры, которая является слишком низкой для диффузии в процессе превращения (как показано на рис. А). В подобных случаях превращения могут протекать бездиффузионно.
Рис. А. Схематическая диаграмма тем-пература-время-превращение (TTT) для стали
Высокотемпературная у-фаза стали, называемая аустенитом, имеет гцк решетку. При низких температурах эта фаза превращается в оцк феррит (a-фазу) и Fe3C (орторомбическое интерметаллическое соединение), (а) Результаты экспериментов по изотермическому превращению представлены в виде графика зависимости температуры от времени (ТТТ-диаграмма), где С-образные кривые показывают время начала и завершения каждого изотермического отжига. Такая форма получается в результате компромисса между термодинамической движущей силой и диффузией. При высокой температуре диффузия протекает быстро, но движущая сила еще низка, чтобы вызвать превращения. При низкой температуре термодинамическая сила увеличивается, но скорость диффузии слишком мала для развития превращения. (б) На нижней диаграмме показан рост продуктов превращения в зависимости от времени, когда у-фаза охлаждается до уровня, при котором нос С-кривой остается в стороне, а затем выдерживается при постоянной температуре 371 0C (пунктирная красная линия). Если у-фаза охлаждается достаточно быстро и вообще не попадает на С-кривую, то она испытывает мартенситное превращение (без-диффузионное и вызванное смещениями) при температуре Mh Как правило, количество производного продукта зависит только от температуры, а не от времени выдержки у-фазы при данной температуре. Температура Mk соответствует точке, ниже которой дополнительное количество мартенсита не образуется, (в) Если у-фаза имеет эвтектоидный состав (0,77 мае. % углерода), углерод должен диффундировать, чтобы образовалась a-фаза с очень низким содержанием углерода (обозначена красной границей фазы в a-области) и Fe3C, содержащим 25 ат. % углерода, (г) На схеме показано, что для распада аустенита (у-фаза) на а-фазу плюс Fe3C требуется диффузия на большие расстояния
Number 26 2000 Los Alamos Science
325
Плутоний и его сплавы
Рис. Б. Межфазные границы исходной и новой фаз
Границы между исходной (материнской) и новой (продукт превращения) фазами могут быть когерентными, полукогерентными и некогерентными. Во многих превращениях фазы имеют границы, которые можно отнести к комбинации нескольких типов межфазных границ, показанных здесь, (а) Когерентная граница между двумя фазами с небольшой не-сопряженностью, создающей упругую деформацию в обеих решетках, (б) Полукогерентная граница со смещенными рядами (атомными плоскостями) на межфазной границе, аккомодированными серией краевых дислокаций, (в) Некогерентная граница с полным отсутствием атомного порядка на границе фаз
(в)
Наиболее важными в классе бездиффузионных превращений являются мартенсит-ные. Они проходят путем смещения атомов и контролируются энергией деформации, которая возникает при сдвиговых смещениях. “Бездиффузионный” в данном контексте означает отсутствие перемешивания случайных атомов или скачков атомов через границу раздела в процессе структурных изменений. Следовательно, возникающая фаза наследует состав, порядок расположения атомов и дефекты, присутствующие в исходной фазе. Поскольку растворяемые или межузельные атомы захватываются мартенситной фазой, такие фазы всегда метастабильны, указывая на то, что система не достигла состояния с минимальной свободной энергией и существует движущая сила для дальнейшего разложения материала на равновесные фазы. Смещение в данном случае означает, что атомы перемещаются упорядоченным образом путем координированного сдвига или кооперативного смещения (комбинация однородного сдвига решетки и перемещения). (Такие преобразования часто называют “войсковыми”, поскольку они требуют координированного и организованного перемещения атомов.) При подобных превращениях атомы перемещаются на расстояния, меньшие межатомного, относительно габитусной плоскости и линии в новой фазе, которая остается неискаженной и неповернутой относительно исходного положения в материнской фазе. Иными словами, это инвариантная плоскость по отношению к исходной фазе. Такие габитусные плоскости, как правило, не имеют простых кристаллографических индексов по Миллеру.
