Гетерогенное зародышеобразование при твердофазной перекристаллизации

Местами гетерогенное зародышеобразование при твердофазном превращении являются любые места с повышенной энергией и отличным от среднего химическим составом. Такими местами являются линейные дефекты, дислокации, границы зерен и субзерен, дефекты упаковки, включения и микронесплошности. Выгодность зародышеобразования в этих местах обусловлена двумя причинами:

1. на образование зародыша нужно меньше избыточной энергии

2. при образовании зародышей исчезает часть дефектов, а, соответственно, и энергия дефектов.

При образовании зародыша на границе требуется меньшая флуктуация, так как граница зерна имеет повышенную энергию. Кроме того, при образовании зародыша часть границы исчезает, и высвобожденная энергия используется на образование новой межфазной границы и на компенсацию упругих искажений. В твердых растворах граница всегда обогащена растворенными компонентами. На границе собираются компоненты, снижающие поверхностное натяжение границы. Такие элементы называются горофильные. Они образуют скопление в приграничных областях, для каждой температуры величина скопления своя. Они называются равновесные сегрегации. При повышении температуры такая сегрегация может рассеяться, при понижении – опять образоваться. Выдержка при определенной температуре вызовет образование равновесной сегрегации определенного состава.

Такое взаимодействие растворенного элемента с границей объясняется желанием скомпенсировать упругие искажения, вызванные разницей размеров растворителя и растворенного. Чем больше разница, тем больше равновесная сегрегация. В некоторых случаях элемент очищает границу от своего присутствия (горофобный). Это происходит в случае, когда химическое взаимодействие между растворенным элементом и растворителем больше, чем взаимодействие с границей.

Наличие равновесных сегрегаций или очищение границ влияет на зародышеобразование на границах, причем влияние может быть положительным или отрицательным.

Рост зародыша на границе обеспечивается быстрее, это объясняется облегченной диффузией по границе.

Зародышеобразование на дислокациях

Зародышеобразование облегчается по следующим причинам:

1. Вновь образованный зародыш уничтожает дислокацию, а высвободившаяся энергия используется для построения межфазной границы. Упругие искажения вокруг дислокаций частично или полностью компенсируют упругие искажения вокруг зародыша

2. Из-за искажений вокруг ядра дислокации к нему стекаются примеси, находящиеся в материале. В результате образуется повышенная концентрация примесей. Это образование называется атмосферой Коттрелла. Наличие такой атмосферы облегчает образование новой фазы, отличающейся по составу от исходной.

3. Из-за облегченной диффузии вдоль ядра дислокации облегчается рост зародыша. На дислокации зародыш зарождается настолько легко, что скорость гомогенного зародышеобразования меньше в раз.

Зародышеобразование на дефектах упаковки

Если в исходной фазе имеются объемы, в которых упаковка атомов соответствует новой фазе, эти дефекты будут готовыми зародышами новой фазы. Кроме того, в металлах, в зависимости от упаковки, растворено разное количество примесей. Поэтому в деформированном металле может быть концентрация дефектов больше. Это атмосфера Сузуки. Наличие ее облегчает появление зародыша фазы, отличной от исходной.