Полиморфные превращения в металлах и сплавах.

Значительное число металлов в зависимости от температуры может иметь разную кристаллическую решетку, т.е. существовать в разных полиморфных модификациях. Полиморфны металлы как: железо, титан, кобальт, литий, натрий.

Полиморфную модификацию существующую при низкой температуре обозначают альфа (альфа-железо, альфа-титан).

Полиморфные модификации существующие при высокой температуре (бета и гамма) (бета-железо, гамма-титан).

Полиморфные превращения обусловлены стремлением системы к минимуму свободной энергии.

Т_пп – степень переохлаждения.

Свободная энергия альфа и бета фаз при увеличении температуры снижается с разной скоростью. Температура при которой свободная энергия альфа и бета равны – называется температура полиморфного превращения.

G(Т_ПП)=G_β(Т_ПП)

Процесс полиморфного превращения по своим закономерностям аналогичен процессу кристаллизации. Различие заключается в том, что при полиморфном превращении несколько изменяется объем поэтому общее изменение энергии записывается в виде: ΔG_общ =-VΔG+Sσ+z

z – изменение упругой энергии вследствие изменения объема

Поэтому выигрыш в свободной энергии в этом случае должен компенсировать изменение и поверхностной и упругой энергии. От сюда следует, что полиморфное превращение протекает при степенях переохлаждения больших, чем кристаллизация. VΔG>Sσ+z

Полиморфные превращения чистых металлов сопровождается выделением теплоты, поэтому на кривой охлаждения процессу полиморфного превращения соответствует гор изонтальный участок.

В№10. Механизмы полиморфного превращения: диффузионный и сдвиговой. Условия и особенности их протекания. Понятие фазового наклепа. Магнитное превращение. Влияние полиморфных превращений на свойства металлов.

Полиморфные превращения сопровождаются скачкообразным изменением свойств.

Различают 2 механизма полиморфного превращения.

диффузионный (нормальный)

бездиффузионный (сдвиговой, мартенситный)

Реализация того или иного механизма зависит от условий охлаждения, прежде всего от скорости охлаждения.

1.Диффузионный механизм

Если охлаждением происходит медленно, то степень переохлаждения незначительна и превращение происходит путем диффузионного перехода атомов от исходной кристаллической решетки к новой. Зарождение новых зерен идет преимущественно гетерогенно на границах зерен. В большинстве случаев при этом образуется равноосная структура. В некоторых случаях возможно образование структур пластинчатого типа (титан, железо).

2. Мартенситный механизм

Превращение идет при низких температурах, когда самодиффузия практически не происходит. Следовательно мартенситные превращения протекают либо в сплавах с низкой температурой полиморфного превращения либо при больших степенях переохлаждения в сплавах с высокой температурой полиморфного превращения.

Основной особенностью превращения является кооперативное закономерное перемещение атомов при котором сохраняют своих соседей, т.е. смещение атомов меньше периодов решетки.

Скорость мартенситного превращения в изотермических условиях не доходят до конца. Чтобы продолжить превращение необходимо понизить температуру.

Мартенситное превращение в отличие от диффузионного проходит в интервале температур.

В процессе роста мартенситных кристаллов возникают большие упругие искажения критической решетки.

В результате прочность материала значительно повышается – это явление получило название фазовый наклеп.