Фазовые и структурные превращения в металлах и сплавах. (Лекция 2)

Ca, Cu, Au, Ag, Pt..
Гексагональная – Be, Mg, Zr, Hf, Os…
Полиморфизм или аллотропия – существование одного металла (вещества) в нескольких кристаллических формах.
Различные кристаллические формы одного вещества называются полиморфными, или аллотропическими модификациями.

Превращения в твердом состоянии

с вытеснением
Перемещение кроудионное

(аустенит)
Мартенсит
Ф+Ц
Наличие 3ей фазы

данных условиях температуры и давления устойчива та фаза, кристаллическое строение которой определяет более низкий уровень свободной энергии.

изменением состояний атомов при изменении температуры.
Полиморфные превращения происходят в твердой анизотропной среде. Поэтому в процессе превращения на соприкасающихся гранях исходной и новой фаз атомы, принадлежащие различным модификациям, занимают сходственные положения. Таковы требования принципа структурного и размерного соответствия, предложенного С.Т. Конобеевским и П.Д. Данковым: «Зародыш новой фазы в кристаллической(твердой и анизотропной среде) должен быть ориентирован так, чтобы он спрягался с исходной фазой(старой) кристаллическими плоскостями, наиболее близкими по структурным размерам».
Полиморфные превращения протекают следующим образом: в условиях, определяющих термодинамическую устойчивость новой фазы, благодаря флуктуациям энергии, конфигурации или плотности (концентрации) образуется устойчивый зародыш, характеризующийся иным расположением атомов, определяющим новую кристаллическую решетку. В соответствии с принципом структурного и размерного соответствия порядок расположения атомов изменяется путем закономерного их перемещения в решетке исходной фазы, при котором достигается минимум поверхностной энергии при данном объеме превращённого вещества. Последнее связано обычно с тем, что перемещения атомов происходят и на расстояния, не превышающие межатомные для двух соседних атомов. Все это приводит к сохранению(или весьма малому изменению) в новой фазе той определенно выбранной конфигурации атомов, которую наблюдали в исходной фазе.

большая скорость превращения относится не ко всему объему, а к отдельным участкам.
Как правило, превращение во всем объеме развивается последовательно, поэтому объемная или микроскопическая скорость превращения, определяемая размерами и числом участков новой фазы, образующихся в единицу времени, в ряде случаев может быть небольшой, хотя скорость образования самих участков очень велика (Р. И. Энтин)
В дальнейшем участки новой фазы до образования зародыша критической величины растут за счет постепенного перемещения атомов из исходной фазы в новую, что определяет постепенный плавный переход структуры одной фазы в структуру другой без образования поверхностей раздела.
Такой механизм образования новой фазы при полиморфном превращении в твердой анизотропной среде приводит к тому, что кристаллы новой модификации оказываются закономерно ориентированными по отношению к исходным кристаллам.
Так, при полиморфном превращени в железе, когда идет перестройка г. ц. к. решетки γ в кубическую о. ц. к. решетку α, плоскость (111) γ-Fe параллельна плоскости (110) α-Fe, а направление [110] γ-Fe параллельно направлению [111] α-Fe.

фазовых превращений.
Классификация видов ТО по А. А. Бочвару:
I группа. Перевод неустойчивого состояния в более устойчивое – отжиг / без фазовой перекристаллизации.
II группа. Получение структурного равновесия – отжиг II рода (или фазовая перекристаллизация).
III группа. Фиксирование состояния свойственного высокотемпературному состоянию ( и в т.ч. с фазовым превращением).
Закалка – (возможно и промежуточное состояние).
Истинная закалка – фиксируется состояние высокотемпературное, возможно и с фазовыми превращениями (концентрационное фиксирование).
IV группа. От неустойчивого состояния к более устойчивому. Отпуск и старение.

нагреве металла, имеющего неустойчивое состояние в результате предшествовавшей обработки, и приводящая металл в более устойчивое состояние.
Отжиг (второго рода) – термическая операция, состоящая из нагрева выше температуры превращения с последующим достаточно медленным охлаждением для получения структурно устойчивого состояния сплава.
Закалка – термическая операция, состоящая в нагреве выше температуры превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно неустойчивого состояния сплава.
Отпуск – термическая операция, состоящая в нагреве закаленного сплава ниже температуры превращения для получения более устойчивого структурного состояния сплава.
Химико – термическая обработка (ХТО)
Термомеханическая обработка (ТМО)

Критические точки:
Ac1
Ac3
Acm
Ar3
Ar1
Мн
Мк

Превращение аустенита (А) в мартенсит (бейнит)
4. Превращение мартенсита в феррито – карбидную смесь Feα(c) → Feα + Fe3C

области.

Скорость нагрева в температурном интервале образования аустенита.
Супер быстрый нагрев – ТВЧ, соляная ванна → Восстановление зерна (крупного).

940 °С Т = 960 °С

Кинетика изменения рекристаллизованного аустенитного зерна стали 20Х2Н4МВФА (100×).

изменения рекристаллизованного аустенитного зерна стали 20Х2Н4МВФА (100×).

20Х2Н4МВФА
Примечание: [С*] - среднее содержание углерода в стали