Дисперсні виділення й розчинення

Визначення. Будемо визначати виділення як утворення нової фази в результаті пересичення, що викликається зміною температури твердої фази. Зворотний процес - зникнення фази при такій зміні температури, коли ця фаза перестає бути стійкою - буде називатися розчиненням.

Процес виділення складається із двох стадій: зародження й наступного росту часток, що виділяються. Для будь-якого сплаву, у якому відбувається процес виділення, можна розрізняти наступні температури: 1) рівноваги; 2) появи зародків у найбільш вигідних з енергетичної точки зору місцях, тобто по границях кристалів; 3) появи зародків в інших кращих місцях, таких як лінії дислокацій; 4) утворення зародків в областях кристала з ідеальною будовою. Ці температури знижуються в зазначеній послідовності. Звідси випливає, що температура, при якій відбувається виділення, визначає місце, де воно відбувається: найбільш вигідне, менш вигідне або невигідне. При високих температурах зародки утворяться головним чином на границях зерен і на поверхні; при більш низьких температурах зародки виникають також усередині кристала.

Так же, як і зародження, ріст часток, що виділяються, можна розглядати з погляду вільної енергії. Якщо частки, що виділилися, некогерентні щодо матриці, то вони зростають або як сфери, якщо їхня поверхнева енергія не залежить від кристалографічного орієнтування поверхні, або як утворення, форма яких пов'язана із кристалографічними площинами, що відповідають низької вільної енергії. У дуже багатьох випадках ці виділення відбуваються уздовж щільно упакованих площин матриці. Часто це пов'язане з когерентним зародженням і наступним ростом по грані з низькою енергією. Структура такого типу показана на рис і зветься видманштеттовой (рис. 7.9).

Рис.7.9 Видманштеттова структура в доевтектоїдній сталі

Для багатьох систем кінцева рівноважна фаза утвориться не на початку процесу виділення, а в результаті складної послідовності проміжних станів. Наприклад, процеси старіння в алюмінієвих сплавах.

Розчинення виділень.

При підвищенні температури сплаву дисперсні виділення прагнуть перейти в розчин. Розчиняться вони повністю або частково, залежить від температури, що визначає, чи буде рівноважним станом сплаву однофазний, і часу, оскільки процес розчинення контролюється дифузією матеріалу, що розчиняється, у матрицю. Для повного розчинення існуючих фаз важливо при операціях термічної витримувати сплав досить тривалий час, так інакше не буде досягнутий очікуваний склад твердого розчину.

Сфероїдизація. Якщо сплав витримується при температурі, близької до температури рівноваги фази, що виділяється і матриці й при цьому можлива дифузія, то відбувається сфероїдизація. Розміри часток, що виділяються, збільшуються, число їх зменшується, а форма поступово наближається до сферичної.(рис.7.10). Рушійною силою цих процесів є прагнення до зменшення сумарної поверхні часток, а отже, до зменшення вільної енергії виділень

Рис. 7.10 Структура евтектоїдної сталі після сфероїдизуючого відпалу