Главная Процесс термической обработки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 [ 84 ] 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 Рис. 141. Модулированная структура в сплаве Си=.33,5% Ni-15% Fe о Л = 254 А после старения при 776 О в течение 15 мин. Электронная микро. фотография, фольга {Батлер и Томас) Рис. 142. Модулированная структура в сплаве N16,7% А1, состаренном при 750° С в течение 96 ч. Электронная микрофотография, фольга (Эрделл и Ни-кольсон). Выделения Y (NisAI) выстроены вдоль направлений <100) щихся В Пространстве стержней, параллельных определенным направлениям в матрице, например упругомягкому направлению (100) в кристаллах с кубической решеткой. Такая сетка выделений часто выявляется в виде характерного узора корзиночного плетения (см. рис. 141). Одна из типи~чиых разновидностей модулированных структур представляет собой ряды выделений кубической формы, параллельные направлениям (100) кубической решетки матрицы (см. рис. 142). Модулированная структура возникает при старении таких сплавов, в которых когерентные выделения создают вокруг себя сравнительно сильные поля упругих напряжений, например из-за большой разницы в удельных объемах исходной и новых фаз. Классическим примером являются дисперсионно твердеющие сплавы для постоянных магнитов типа кунифе и кунико, относящиеся к системам Си-Ni-Fe и Си-Ni-Со. Закалка фиксирует в этих сплавах пересыщенный твердый раствор с г. ц. к. решеткой, а старение приводит к его распаду на два раствора, которые в равновесном состоянии также имеют г. ц. к. решетку, отличаясь один от другого и от матрицы составом, а следовательно, периодом решетки и удельным объемом (аналогичная двойная система описывается диаграммой состояния на рис. 134, а). Другим примером сплавов с детально изученной модулированной структурой являются стареющие никелевые сплавы, в частности типа нимоников, в которых при распаде пересыщенного раствора с г. ц. к. решеткой выделяется когерентная у-фаза, также имеющая г. ц. к. решетку. При изучении двойных сплавов 258 Ni-Ai показано, что вначале при старенииобразуются хаотично расположенные выделения у кубической формы, которые по мере увеличения нремени старения постепенно- выстраиваются в ряды, иараллельные НапраалвнИям (100) матрицы (см. рис. 142). Это выстраивание происходит не в процессе самого распада пере-шщенного раствора, а в период медленной коагуляции, когда tHM частицы растворяются, а другие растут. Особенностью рас-атриваемого процесса коагуляции является то, что из-за упругого взаимодействия выделений у-фазы селективно растут бла-, гоприятно расположенные частицы и растворяются другие частицы, вследствие чего и развивается модулированная структура. 3. Структурные изменения при спинодальном распаде В начальной стадии спннодального распада возникает высокодисперсная смесь фаз, решетки которых когерентны-плавно переходят одна в другую, и межфазные границы не резкие, а сильно размытые. Чем же отличается эта смесь фаз от флуктуации состава, всегда имеющихся в твердом растворе, в том числе и выше спинодальной кривой RKV на рис. 134, а? При флуктуациях состава соседние участки твердого раствора также характеризуются разной концентрацией и соответственно разным периодом решетки. Как уже отмечалось в § 16, флуктуации состава непрерывно возникают и исчезают. В области спннодального распада участки твердого раствора с повышенной и пониженной концентрацией флуктуационного происхождения становятся устойчивыми, они не только не исчезают, но, наоборот, растут. На рис. 143, а схематически показана последовательность изменений случайной флуктуации состава по мере развития спннодального распада. В первый момент (/ на рис. 143, а) в твердом растворе образовался кластер - устойчивый участок с повышенной концентрацией растворенного элемента (выше средней концентрации Со), окруженный зоной с пониженной концентрацией. Предпочтительное взаимное притяжение атомов одного сорта приводит в следующие моменты (например, на рис. 143, а) к еще большему повышению концентрации в кластере и дальнейшему обеднению соответствующим компонентом прилегающей Рис. 143. Схема эволюции распределения легирующего элемента р пересыщенном твердом растворе на разных стадиях (/- /) спннодального распада (а) и распада по механизму зарождения и роста (б) (Дж. Кан). Концентрации С, Сд и С см. на рис. 135 и 137 зоны. Зтот процесс обеспечивается восходящей диффузией (на рис. 143, а указана стрелками), что соответствует отрицательному коэффициенту диффузии. Последнее обусловлено тем, что в формулу для коэффициента диффузии D одним из сомножителей входит вторая производная от свободной энергии по концентрации, а так как в области спинодального распада (д F/d С)< О (см. § 41), то и D < 0. Это важнейщий признак, отличающий спинодальный распад от обычного распада по механизму зарождения и роста, который будет рассмотрен позже. Атомы одного сорта в исходной матрице, расположенные по внешнему краю обедненной зоны, также испытывают предпочтительное взаимное притяжение. Так как силы их взаимного притяжения короткодействующие, то указанные атомы не чувствуют существования готового кластера, а испытывают только влияние непосредственно граничащей с ними обедненной зоны. Поэтому они удаляются от обедненной зоны и образуют новый кластер, также окруженный обедненной зоной. Таким образом, образование одного кластера приводит к образованию соседнего и так далее: этот процесс в виде концентрационной волны быстро распространяется по решетке матрицы. На одинаковом расстоянии один от другого, называемом длиной концентрационной волны, последовательно возникают все новые и новые кластеры. Наиболее подробно структурные изменения при спинодальном распаде изучены в сплавах системы Си-N1-Fe, находящихся по составу в центре области расслоения на диаграмме состояния. На электронномикроскопических снимках, полученных методом просвечивания тонких фольг, светлые участки относятся к областям, обогащенным медью, а темные - к обогащенным железом и никелем (см. рис. 141). В твердом растворе Си-N1-Fe, характеризующемся, как и многие другие кристаллы с кубической решеткой, значительной анизотропией модуля упругости, спинодальный распад идет вдоль каждого из трех упруто-мягких направлений <100>. Поэтому первоначально при спинодальном распаде в сплавах Си-Ni-Fe образуется модулированная структура, состоящая из стержнеобразных областей, разделенных размытыми границами ( корзиночное плетение ). По мере увеличения времени старения растут амплитуда концентраций и длина концентрационной волны, модулированная структура грубеет, а границы между когерентными выделениями становятся менее размытыми. Постепенно расслоение по составу достигает максимума, соответствующего равновесию двух фаз с г. ц. к. решеткой. Когерентность теряется (из-за роста упругих напряжений), причем на межфазных границах образуются структурные дислокации. Потеря когерентности сопровождается исчезновением модулированной структуры и сильным огрублением выделений в результате коагуляции. Особых морфологических признаков, которые были бы характерны только для структур, полученных при спинодальном рас-260 |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |