Зародышей рекристаллизации

мов, что затрудняет присоединение атомов друг к другу в процессе образования зародышей критического размера. Таким образом, зависимость скорости образования зародышей от степени переохлаждения будет иметь максимум. С повышением температуры при нагреве выше Tf подвижность атомов будет возрастать, что обусловливает монотонное нарастание скорости образования зародышей с увеличением степени перегрева. Рост новой фазы происходит за счет исходной путем относительно медленной миграции межфазной границы в результате последовательного перехода атомов через эту границу. Изменение составляющих энергии при росте фазы, аналогичное ее изменениям при образовании зародышей, также обусловливает зависимость скорости линейного роста от степени переохлаждения, имеющую максимум. При этом максимум скорости линейного роста сдвинут в сторону меньших переохлаждений по сравнению с максимумом скорости образования зародышей. При данной постоянной температуре процесс протекает изотермически и относительный объем образующейся новой фазы V увеличивается со временем. Общая скорость фазового превращения определяется суммой скоростей зарождения и роста новой фазы (рис. 13.3).

Для числа зародышей критического размера получаем в соответствии с (4-5'):

Центральный вопрос кинетики конденсации — это вопрос о скорости образования зародышей критического размера и их дальнейшем росте. Увеличение размеров капелек, достигших и «перешагнувших» критический барьер, ведет к разрушению метастабильного состояния системы, а следовательно, к изменению параметров пара и отклонению распределения зародышей по размерам от равновесных значений. В то же время закономерности, описывающие результаты флуктуации плотности, получены исходя из того условия, что температура, давление и число молекул паровой фазы сохраняются стабильными. Для того, чтобы полученные соотношения могли быть использованы в условиях нестационарного распределения, требуется ввести соглашения, сводящие действительный процесс к искусственной квазистационарной схеме. Принимается, что капельки с числом молекул, несколько превышающим критическое, удаляются по мере их образования из системы и заменяются эквивалентным количеством отдельных молекул; в такой системе состояние пара сохраняется стабильным.

(4-15") Рис. 4-9. Скорости образования зародышей критического размера.

Из формул (4-15) и (4-15") следует, что изолированный от внешних воздействий пар не может неограниченно долго существовать в перенасыщенном состоянии. При любой степени перенасыщения скорость образования зародышей критического размера не обращается в нуль. Следовательно, с течением времени должно происходить монотонное накопление капелек, способных к дальнейшему росту. Какая-то часть зародышей критического размера, потеряв одну из своих составных частиц, может распасться, но некоторая доля зародышей присоединит к себе еще одну молекулу и в результате этого будет продолжать расти. Увеличение во времени размеров и числа капелек должно, в конечном счете, привести к образованию такого количества конденсата, которое вызовет переход метастабильной системы в абсолютно устойчивое состояние. К сожалению, остается невыясненным, при каком количестве растущих зародышей и каком содержании конденсированной фазы такой самопроизвольный переход может произойти.

При движении в сопловых каналах скорость образования зародышей критического размера изменяется вдоль потока. При этом место разрушения перенасыщенного состояния, по-видимому, зависит от физических свойств среды, ее начальных параметров и продольного профиля сопла.

Обозначив по предыдущему через J секундное количество зародышей критического размера, возникающих в единице объема, можем записать:

В предшествующем параграфе было показано, что ядрами конденсации в быстродвижущемся потоке служат главным образом «собственные» зародыши флуктуацион-ного происхождения; доля конденсата, выпадающего на поверхностях извне привнесенных взвесей, практически не ощутима. В таком случае для определения количества центров конденсации, возникающих за единицу времени в единице парового объема, можно применить формулу (4-15') или (4-15"). Сочетание формулы скорости образования зародышей критического размера с выражениями, описывающими закономерности их роста, позволяет получить недостающее уравнение, связывающее изменение расхода конденсата dtnjdx с параметрами потока.

Согласно классической теории фазовое превращение начинается с образования зародышей критического размера. При определении размеров такого зародыша исходят из равенства химических потенциалов атомов в зародыше цэ и исходной фазе jv Вследствие энергетических затрат на образование межфазной поверхности и упругую энергию, вызванную изменением формы и объема испытавшей превращение области, химический потенциал компонентов в зародыше повышен. Анализируя кристаллизацию, упругой деформацией можно пренебречь и при определении величины зародыша -критических размеров учесть только затраты на образование межфазной поверхности.

При избирательной кристаллизации сплава зародыш отличается от расплава и составом. Состав зародышей критического размера теоретически исследовался в работах [НО, 221, 243, 311]. Пренебрегая зависимостью межфазной поверхностной энергии от размеров кристалла, задачу о химическом составе зародыша можно свести к следующему. Зародыш критического размера находится в равновесии с переохлажденной жидкостью, если AfM.s = 0 и Лцв.2 = = 0. Воспользовавшись уравнением (13), определим хими-

Если упругие деформации при образовании зародышей во время распада пересыщенных твердых растворов велики, это приводит не только к большому увеличению зародышей критического размера, но и к усложнению их формы. Последнее связано и с анизотропией кристаллической решетки. Зародыши при твердофазных превращениях должны иметь элипсоидную или иглообразную форму. При такой форме зародышей возможна и хорошая припасовка упаковок атомов обеих фаз, благодаря чему межфазная поверхностная энергия имеет невысокие значения.

В ряде случаев на третьей стадии ползучести обнаруживается присутствие зародышей рекристаллизации в пределах исходного зерна без миграции границ зерен. Это приводит к трансформации сорбитной составляющей структуры стали. Разрушение идет путем порообразования;

При испытаниях в условиях ползучести в таком металле протекают интенсивные процессы миграции границ зерен и образования зародышей рекристаллизации. Интенсивно идет выделение вторичных фаз, в том числе сг-фазы. Упрочненная стабилизированной субструктурой матрица зерен и разупрочняющие процессы в приграничных зонах (миграция границ, образование и рост вторичных фаз) вызывают повышение жаропрочности при высоких нагрузках и малых долговечностях и существенное снижение жаропрочности при низких нагрузках и больших долговечностях.

Металлографическим исследованием разрушенного диска установлено, что микроструктура диска представляет собой сорбит отпуска как игольчатой ориентации, так и бесструктурной, т.е. имеет структуру, обычную для исходного состояния диска. При электронно-микроскопическом исследовании выявлена начальная стадия процессов возврата и рекристаллизации с появлением зародышей рекристаллизации, образовавшихся в результате коалесценции субзерен внутри бейнитных пластин и миграции субграниц. Таким образом, наблюдение структуры стали в просвечивающий электронный микроскоп показывает, что в металле протекали процессы, характерные для высокотемпературной ползучести.

ции материала в связи с различными свойствами структурных составляющих (у- и а-фаз). Увеличение неоднородности микродеформации приводит [5] к росту числа зародышей рекристаллизации и, следовательно, к измельчению кристаллической структуры. Наибольший размер зерна имеют образцы, деформированные при температуре •у-области (1050 °С). В процессе охлаждения после ковки материал указанных образцов проходит частичный предварительный возврат, что, как правило, приводит к увеличению размера рекристаллизованного зерна.

Сущность процесса рекристаллизации состоит в формировании и росте в деформированной матрице центров рекристаллизации — новых зерен с неискаженной решеткой, отделенных от матрицы границами с большими углами разориентировки (первичная рекристаллизация). Элементарные процессы образования и роста зародышей рекристаллизации имеют диффузионный характер, совершаемые беспорядочными диффузионными перемещениями отдельных атомов и вакансий. Центры рекристаллизации возникают в местах скопления искажений кристаллической решетки — у границ зерен и их стыков, на границах двойников, пачек сколь-

Кроме того, С. С. Гореликом было показано, что когерентная связь алюминия с окисью алюминия при горячей прокатке сохраняется, а при холодной прокатке нарушается. Вследствие этого в холоднодеформиро-ванных образцах образование зародышей рекристаллизации начинается при тех же температурах, как и в чистом алюминии (~200° С). Из-за тормозящего действия окисных включений рост зародышей рекристаллизации в данном случае идет не одновременно с их появлением, а при более высоких температурах.

вания зародышей рекристаллизации мы еще вернемся.

III. Образование зародышей рекристаллизации во время го-

Электронномикроскопическое исследование тонких фольг нихрома [153] показало, что энергия дефектов упаковки в нем мала, поэтому поперечное скольжение затруднено и при малой пластической деформации (1—2%) возникают плоские скопления дислокаций, главным образом у границ зерен. После деформации 5—6% плотность дислокаций растет, возникают сложные дислокационные-сетки и сплетения, а при нагреве до 900—1100° С наряду с образованием зародышей рекристаллизации происходят различные процессы перераспределения дислокаций, включая переползание с образованием субструктуры.

ко при толщине фольги больше 150 нм (1500 А); в более тонких фольгах не наблюдается даже образования зародышей рекристаллизации. Это объяснялось тем, что при размере пластинок меньше некоторой критической величины отсутствуют избыточные вакансии, поскольку они успевают продиффундировать к поверхности.

Схематическое изображение образования зародышей рекристаллизации благодаря коалесценции субзерен [13], т. е. по механизму Кана—Бюргерса, — см. рис. 1.197.