Фізичні основи парного росту фаз сплавів за нерівноважних перетворень - Автореферат

Національний науковий центр "Харківський фізико-технічний інститут" ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ПАРНОГО РОСТУ ФАЗ СПЛАВІВ ЗА НЕРІВНОВАЖНИХ ПЕРЕТВОРЕНЬДисертацію присвячено визначенню механізмів парного росту фаз за нерівноважних умов фазових переходів у системах з евтектичним перетворенням. Зроблено теоретичний аналіз теплових процесів у рідкій фазі та запропоновано структурну модель рідкого прошарку на межі кристал-рідина за умов нерівноважності. Встановлено, що процеси кооперації між зростаючими кристалами залежать від співвідношення між фазами і впливають на механізми парного росту. Розроблено моделі зростання кристалів двох фаз при різному співвідношенні між партнерами та визначено умови кооперації для сумісного або роздільного росту. Показано, что совместный рост фаз с образованием колониальных структур возможен при средних скоростях охлаждения, когда хотя бы одна из фаз имеет атомно-шероховатую поверхность.Евтектичне і квазіевтектичне перетворення дозволяють отримувати природні композити, насамперед, за умови нерівноважних фазових перетворень і тому привертають увагу з точки зору дослідження закономірностей парного росту фаз і можливості регулювання процесів спрямованого структуроутворення як чорних, так і кольорових сплавів. Незважаючи на велику кількість робіт, присвячених дослідженню нерівноважної кристалізації, залишаються невивченими «квазі»-структури як продукти парного росту фаз за нерівноважних перетворень. Потребують вирішення також питання впливу умов нагріву й охолодження на процеси самоорганізації за умов нерівноважних фазових переходів з метою керування процесами структуроутворення в природних композиційних матеріалах. Дану дисертаційну роботу присвячено дослідженню й розвязанню проблем напрямку фізики металів щодо закономірностей формування композиційних структур за умов нерівноважних фазових перетворень у сплавах евтектичних систем. Діаграми стану І типу, де обємна частка однієї з фаз становить 0,98 і можливим є тільки роздільний механізм росту кристалів двох фаз, утворюють елементи з менш компактним пакуванням.Критерієм для цього розділу було прийнято обємне співвідношення між продуктами евтектичного перетворення, яке оцінювали через відносну обємну частку однієї з фаз . Встановлено, що в системах І типу (0,98) обємне співвідношення фаз не передбачає можливості сумісного росту фаз й першорядне значення має обємний фактор. Таким чином, в системах ІІ типу першою кристалізується фаза з менш щільним пакуванням атомів, але значно переважаюча за обємом. Подавлення виділення другої фази гальмує схильність до сумісної двофазної кристалізації, і в системах цього типу реалізується роздільний механізм. Аналізуючи існуючі уявлення, можна всі можливі варіанти евтектичних пар розділити на три групи: 1) обидві фази зростають за нормальним механізмом і мають атомно-шорсткі поверхні, а їх кристали - округлу форму; 2) один з евтектичних партнерів має атомно-шорстку поверхню, а інший - атомно-гладку, і кристали зростали у вигляді поліедрів; 3) обидві фази мають атомно-гладкі поверхні.На основі результатів досліджень термокінетичних параметрів процесів самоорганізаціїї фаз при кооперативному рості за нерівноважних умов перетворень І роду встановлено, що механізми процесів самоорганізації в системах евтектичного типу значно залежать від кристалічної будови елементів, особливостей будови вихідної фази і, в першу чергу, на межі рідина-кристал, механізмів росту кристалів фазових партнерів й ступеня кооперації. Побудована модель зміни концентраційного поля при рості кристалів двох різних фаз дозволила визначити умови їх взаємного впливу, який запропоновано оцінювати за допомогою ступеня кооперації, що являє собою відношення градієнту ефективної концентрації компонента у концентраційному полі до усередненої концентрації в розплаві. На основі отриманих результатів аналізу термокінетичних умов нерівноважних процесів у системах з евтектичним перетворенням для визначення можливих перетворень переохолодженої рідини вперше запропоновано термокінетичну діаграму, яка описує умови квазіевтектичного перетворення як проміжні між умовами евтектичного перетворення та умовами аморфізації сплаву. Аналіз результатів дослідження дозволив визначити основні механізми появи псевдоморфоз, наприклад, евтектико-перитектичне перетворення (у сплавах Fe-B-C) або розпад метастабільної проміжної фази (у сплавах Al-Ge), а також вперше запропонувати класифікацію псевдоморфоз. 10.Експериментально доведено значний вплив “квазі”-структур на властивості матеріалів через попередження ліквації й сприяння підвищенню міцності й зниженню крихкості сплавів евтектичного типу внаслідок високого ступеня дисперсності (в конгломератних структурах при роздільному механізмі росту фаз) або тонкого диференціювання (в колоніальних структурах при сумісному механізмі росту фаз).

2. Основний зміст роботи