держанием того или иного компонента. Очевидно, чем больше отклонение от среднего состава и больше размер участка с таким отклонением, тем меньше вероятность концентрационной флуктуации в пределах исходной фазы. Например, чтобы в аустените эвтектоидного состава (0,8% С) образовался зародыш цементита, содержащего 6,67% С, необходимо местное повышение концентрации углерода примерно в восемь раз. В аустените имеются участки, богатые и бедные углеродом. Расчет, основанный на теории вероятностей, показывает, что в 1 см аустенита эвтектоидного состава имеется 3,3-Ю® обогащенных углеродом участков размером в 6 элементарных ячеек с концентрацией углерода 6,67% и всего лишь 1000 обогащенных углеродом участков с такой же концентрацией, но размером в 24 элементарные ячейки (всего в 1 см аустенита находится 2,14-10*- элементарных ячеек).

Следует учитывать различие между флуктуациями состава внутри одной фазы и дисперсной смесью двух фаз. Флуктуации концентрации все время возникают и исчезают. Каждой температуре и среднему составу раствора соответствует свое, не зависящее от времени распределение концентрационных флуктуации по их величине. Такое распределение существует и в метастабиль-ной, например переохлажденной, фазе до начала превращения. Двухфазная же система не может характеризоваться равновесным распределением частиц фаз по их размерам, так как эти частицы беспредельно стремятся к укрупнению - вначале растут за счет исходной фазы, а затем коагулируют соседние частицы, принадлежащие одной фазе.

Необходимость флуктуации концентрации в добавление к флуктуации энергии затрудняет образование центров новой фазы, особенно в тех случаях, когда составы исходной и новой фаз сильно различаются. Термодинамика процессов образования фазы, отличающейся по составу от исходной, более подробно изложена в § 41.

§ 17. РОЛЬ СТРОЕНИЯ МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦ ПРИ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ

Поверхностная энергия на границе зародыша с исходной фазой зависит от строения этой границы. Различают три типа межфазных границ: когерентные, полукогерентные и некогерентные.

На когерентной границе решетка одной фазы плавно переходит в решетку другой фазы (рис. 60, а): атомные плоскости не преры-

I I I ! ! } i !.!

P и 0.

60. Схемы строения когерентной (а) и полукогеревтной (б) границ между кристаллами фаз аир

ваются на такой границе, а лишь несколько изгибаются, как бы продолжаясь в другой фазе. Эта упругая деформация, называемая когерентной, обеспечивает плавную сопряженнЬсть решеток двух фаз, межатомные расстояния в которых всегда различны. Если новая фаза жестче исходной, то когерентная деформация сосредоточивается в основном в исходной фазе, и наоборот.

Если между кристаллами двух фаз имеется когерентная граница или, коротко, когерентность \ то обе фазы ( и их кристаллы) также называют когерентными. Если при фазовом превращении обеспечивается когерентность фаз, то это означает, что соседи любого атома в исходной фазе остаются соседями этого же атома в новой фазе (см. § 33).

Несоответствие двух решеток может быть скомпенсировано за счет когерентных деформаций только в том случае, когда разница в межатомных расстояниях сопрягающихся фаз достаточно мала.

На рис. 60, а видно, что при удалении от его центра к краям изгиб вертикальных атомных плоскостей нарастает. Вполне очевидно, что с увеличением площади когерентной границы должна нарастать и упругая деформация на ней. Поэтому чисто когерентная межфазная граница возможна только на сравнительно небольшой поверхности раздела фаз и тем меньшей, чем больше несоответствие их решеток.

При увеличении размера зародыша может быть достигнут момент, когда компенсация несоответствия решеток двух фаз становится энергетически более выгодной не в результате когерентной деформации по всей поверхности раздела, а частично за счет дислокаций (рис. 60, б). Эти дислокации называют структурными или дислокациями несоответствия. В промежутках между ними соблюдается когерентность решеток двух фаз. Межфазную границу, имеющую такое строение, называют полукогерентной. Если, например, степень несоответствия двух решеток е = = (Оа - а)1а = 0,01, а вектор Бюргерса структурных дислокаций равен одному межатомному расстоянию в плоскости сопряжения, то для компенсации указанного несоответствия решеток на полукогерентной границе дислокации должны отстоять одна от другой на 1/0,01 = 100 межатомных расстояний. Чем больше степень несоответствия решеток, тем выше плотность дислокаций на полукогерентной границе. При большой степени несоответствия решеток двух фаз расстояние между структурными дислокациями настолько уменьшается, что они теряют свою индивидуальность (их ядра сливаются). Такая межфазная граница называется некогерентной так же, как и сами фазы, разделяемые этой границей. Из сказанного следует, что прототипом некогерентной границы

Слово когеречтность произошло от англ. coherence, что означает связь, связность, согласованность. Поэтому следует признать весьма неудачным до вольио раслросграненнЬе словосочетание жогерентная связь .

является высокоугловая граница зерен одной фазы, а прототипом полукогерентной - малоугловая граница.

Согласно оценочным расчетам, поверхностная энергия когерентной границы не превышает 200 эрг/см*, у полукогерентной равна 200-500 эрг/см*, а у некогерентной составляет 500- 1000 эрг/см*. Следовательно, при прочих равных условиях работа образования критического зародыша, имеющего когерентные границы, должна быть самой низкой, а скорость образования таких зародышей - наиболее высокой.

На рис. 60 видно, что решетка зародышей, отделенных от исходной фазы когерентной или полукогерентной границей, всегда кристаллографически ориентирована определенным образом по отношению к решетке исходной фазы. Отсюда не следует делать обратного вывода, что две фазы с закономерной взаимной ориентацией их решеток обязательно когерентны. Во-первых, решетка некогерентной фазы может обладать закономерной ориентировкой по отношению к решетке исходной фазы, так как вначале зародыш новой фазы имел полукогерентную границу, затем при росте кристалла межфазная граница стала некогерентной, а ориентировка его сохранилась прежней. Во-вторых, если зародыш с самого начала имеет некогерентную границу, то также возможна закономерная ориентировка его решетки по отношению к решетке исходной фазы. Ориентированное превращение подчиняется общей закономерности, сущность которой была наиболее развернуто сформулирована П. Д. Данковым как принцип ориентационного и размерного соответствия: Химическое превращение на поверхности твердого тела развивается таким образом, чтобы конфигурация атомов исходной твердой фазы сохранялась (или почти сохранялась) и в новой твердой фазе. Возникающая при указайном процессе кристаллическая решетка новой фазы сопрягается с кристаллической решеткой исходной фазы подобными кристаллическими плоскостями, параметры которых отличаются друг от друга минимально . Причина закономерной ориентации двух фаз с термодинамической точки зрения состоит в том, что при кристаллизации в анизотропной среде минимум поверхностной энергии обеспечивается при максимальном сходстве в расположении атомов на соприкасающихся гранях старой и новой фаз (С. Т. Конобеев-ский).

Принцип ориентационного и размерного соответствия или, коротко, структурного соответствия, который также называют принципом Данкова-Конобеевского, наиболее ярко проявляется при образовании когерентной фазы, но он может определять ориентировку и некогерентного зародыша, так как и в этом случае закономерная ориентировка способна уменьшить энергию некогерентной границы.

Принцип структурного соответствия дает одно из объяснений появлению вытянутых, закономерно ориентированных кристаллов новой фазы. На шлифе они расположены параллельно один