31. Что такое мартенсит? Назвать 3-4 примера протекания мартенситного превращения в металлах и сплавах. Опишите его основные кинетические и структурные особенности.

Мартенсит – это структурная составляющая кристаллических твёрдых тел, возникающая в результате мартенситного превращения. Мартенсит стали – пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-Fe, образующийся при закалке аустенита. Мартенситные превращения возможны в металлах (Сo, Ti, Zr). Например β-Co (ГЦК) => α-Co (ГП)

Особенности мартенситного превращения: а) Скорость МП намного выше, чем массивного. Б) скорость МП (атермического) максимальна в начальный момент. В) МП часто не доходит до завершения. Г) На плоской поверхности часто наблюдается рельеф, что свидетельствует об изменении формы превращённого объёма. Д) Ориентационная связь между решётками исходной и мартенситной фаз. Е) Определённая огранка кристаллов мартенсита (плоскости габитуса).

31. Выбрать ячейку исходной фазы и записать в матричной форме деформацию Бейна для  мартенситного превращения в стали. Назвать экспериментальные факты, подтверждающие схему Бейна и факты, противоречащие ей.

31. Из каких компонентов состоит деформация превращенного объема при мартенситном превращении в стали? Что такое «аккомодационная» деформация?

Полная деформация превращённого объёма:

, где - деформация Бейна, - аккомодационная деформация, - небольшая дополнительная деформация вращением («чистое вращение»). Аккомодационная деформация (скольжением или двойникованием) – деформация при инвариантной решётке такая, чтобы суммарная деформация формы превращённого объёма обеспечивала инвариантность (то есть микроискажённость решётки) некоторой габитусной плоскости.

31. Запишите возможные ориентационные соотношения для -Ti и - Ti, а также -Ti и -Ti, учитывая характеристики решеток фаз.. В общей форме опишите вероятные механизмы перестройки решетки -Ti при мартенситном превращении в - Ti и -Ti.

{110}β || {001}α <111>β || <100>α

{001}ω || {111}β <110>ω || <110>β

31. В чем различие диффузионного и бездиффузионного фазовых превращений?

Диффузионные ФП происходят посредством термически активированных, автономных, нескорреллированных переходов атомов на расстояния, равные или превышающие межатомное. Требуют малых переохлаждений.

Мартенситные (диффузионные) превращения происходят путём кооперированного упорядоченного перемещения атомов на расстояние меньше межатомного. Требуют больших переохлаждений.

31. Опишите изменение свободной энергии при фазовом превращении в твердом состоянии (F). Обсудите влияние типа межфазных границ на F. Оцените размер частиц, принимающих пластинчатую форму, учитывая поверхностную энергию   10^-2 Дж/м², модуль упругости E10¹¹ Н/м² и степень несоответствия решеток 10^-2.*

Когерентные границы: , некогерентные границы .

Пластинчатые выделения формируются при:

Введём понятие характеристической длинны:

31. Опишите все стадии формирования выделений при распаде твердого раствора. Укажите зависимость размера частиц на каждой стадии от времени (по Любову).

А) Зарождение частиц новой фазы.

Б) Рост частиц до установления термодинамического равновесия компонентов на границе исходной и новой фаз. R~t.

В) Рост частиц в условиях термодинамического равновесия компонентов на границе исходной и новой фаз, когда скорость процесса определяется диффузионной скоростью подвода (отвода) вещества. R~t1/2.

Г) Коалесценция. R~t1/3.

31. Объясните явление коллоидного равновесия. В чем состоит явление коалесценции?

Конобеевский впервые применил к твёрдым растворам законы, связывающие растворимость кристаллического вещества в жидкости с размером кристалликов. Это позволило ему объяснить прекращение (или торможение) распада, связанное с наступлением коллоидного равновесия. Если отвлечься от анизотропии поверхностного натяжения кристаллов и принять, что частицы имею сферическую форму, то ранее выведенное уравнение можно использовать как условие метастабильного равновесия этих частиц с твёрдым раствором. ln(Cr)=2σM/ρRTr + ln(C). Условие равновесия между частицами новой фазы и окружающим их твёрдым раствором имеет вид гиперболы, асимптотически приближающейся с увеличением r к горизонтальной прямой, соответствующей ln(C). Область, расположенная между гиперболой и координатными осями, отвечает ненасыщенным твёрдым растворам, выше лежит область пересыщенных твёрдых растворов.

31. Используя схему изменения свободной энергии от концентрации твердого раствора с учетом возможного расслоения и образования промежуточных фаз (метастабильной и стабильной), показать связь числа стадий распада твердого раствора с его пересыщением.

Чем выше пересыщение, тем больше возможно стадий распада: 1) образование зон Гинье-Престона (АВ) 2) Образование упорядоченного р-ра (ВС) 3) образование метастабильной фазы (бетта штрих (СD)) 4) переход в стабильное состояние (бетта)

31. Приведите схему изменения концентрации компонента для случая спинодального (ячеистого, непрерывного) распада. Каким образом будет меняться зависимость с(x) с ростом времени?

31. Объясните термины «однофазный» и «двухфазный» распад. Изобразите схему изменения содержания компонентов при непрерывном (ячеистом) распаде.*

Термин «однофазный» распад относится к непрерывному превращению. При непрерывном превращении в ходе процесса сосуществуют две фазы: исходная, состав которой непрерывно изменяется по объему и времени; новая фаза. «Двухфазный» - к ячеистому (g ® gравн + aравн). Схемы – см вопр75.

31. В чем проявляется влияние вакансий и дислокаций на процесс распада пересыщенного твердого раствора?

Вакансии:

А) увеличивают скорость диффузии в твёрдых растворах замещения и способствуют распаду.

Б) следует рассматривать как третий элемент бинарной системы и распад может идти лишь, если их концентрация выше критической.

А) Дислокации способствуют ускорению диффузии и, значит, распаду твёрдого раствора.

Б) При высокой плотности дислокаций и большом пересыщении твёрдого раствора дислокации могут способствовать образованию атмосфер избыточных атомов возле дислокаций, то есть формированию неоднородностей в растворе. Возникшее при этом метастабильное состояние «расслоившегося» твёрдого раствора может быть достаточно устойчивым и выделение новых фаз, в частности равновесных, будет задержано.

31. Проведите анализ концентрационной зависимости коэффициента диффузии в реальных твердых растворах в случае бинарной системы, характеризующейся энергией смешения u <0. Использовать представление о термодинамическом множителе коэффициента диффузии. Как измениться коэффициент диффузии при атомном упорядочении?

31. Проведите анализ концентрационной зависимости коэффициента диффузии в реальных твердых растворах в случае бинарной системы, характеризующейся энергией смешения u >0. Использовать представление о термодинамическом множителе коэффициента диффузии. Указать особенности фазовых превращений и микроструктуры при распаде твердого раствора в спинодальной области.

31. Приведите диаграмму состояния с расслоением, указав области метастабильного и лабильного состояний твердого раствора, а также положение когерентной спинодали. Чем объясняется различие в положении химической и когерентной спинодали?

31. Укажите последовательность термических обработок для наблюдения явления «возврата при старении» и назовите возможные причины этого явления.

В процессе старения при достаточно низкой температуре сплав существенно изменяет свойства: растёт прочность, понижается пластичность, часто повышается электросопротивление. Если после достижения эффекта старения сплав нагреть до более высокой температура, чем температура, при которой проводилось старение, то происходит возврат свойств: твёрдость, прочность, электросопротивление и другие свойства сплава «возвращаются» к уровню исходного состояния, то есть к уровню свойств закалённого состояния.

Объяснения явления возврата при старении:

А ) Размер критического зародыша при распаде раствора зависит от пересыщения твёрдого раствора, которое обычно снижается с ростом температуры. Это означает, что… (рис.1)

Б) Кратковременный отжиг при Т2 может привести к растворению зон ГП, а частицы новой фазы не успеют сформироваться.