Я система делит твердые фазы на две большие группы

(наиболее часто используемая система классификации)

Твердые растворы имеют три структурных типа: - замещения (атомы растворенного металла в некоторых узлах кр.решетки растворителя- -a или g железа – {Ni, Co,Mn,Cr,V}-образуют неограниченные твердые растворы; Al, Si, Ti, Cu, Mo, Nb, W, Ta, Be, Ta, Zr, Hf, Pb- образуют твердые растворы ограниченной растворимости); - внедрения ( атомы растворенного элемента в междуатомных промежутках кристаллической решетки аустенита. Растворимость атомов внедрения увеличивается с уменьшением размера атомов, т.е. увеличивается в ряду- B, C, N, O, H); - вычитания (на основе химических соединений- напр. вьюстит)

Металлические соединения: -электронные соединения (фазы a и b латуни, фазы Юм-Розери и т.д.); -фазы внедрения (металл-неметалл-TiC; NbC; WC; TaN др.); -s фазы и родственные им соединения (интерметаллические соединения -s фазы, и родственные образования p, m, R, c- фазы, охрупчивающие металл); -фазы Лавеса (интерметаллические соединения типа АВ2; MgZn2 MgCu2 и т.д.- снижают пластичность и вязкость)

2-я система подразделяет твердые фазы на три группы:

(эта классификация используется редко)

Твердые растворы

Промежуточные фазы (в эту подгруппу входят комплексы металлических соединений из 1 системы)

Химические соединения

Фазы внедрения – это соединения металлов с неметаллами (Ti-C; Nb-C; Ta-N, т.е. карбиды, нитриды, бориды, оксиды, гидриды и др.), в которых велика концентрация металла и имеет место упорядоченное расположение атомов неметалла. Фазы внедрения образуются на основе химических соединений с углеродом, кислородом, водородом, азотом. Химическая связь в фазах внедрения носит, в основном, металлический характер.

Свойства металлов и сплавов определяются их химическим и фазовым составом, распределением и морфологией фаз и степенью их дефектности.

При проведении термической обработки используются фазовые и структурные превращения, которые и предопределяют комплекс свойств металлоизделий.

Фазовые превращения, протекающие в твердом состоянии при нагреве и охлаждении, сложны и многообразны. Это затрудняет выработку и принятие единой схемы систематизации твердофазных превращений. Поэтому часто в основу классификации берется сравнение состава и структуры фаз до и после превращения (рис.19).

К фазовым превращениям, протекающим без изменения состава (т.е. однофазные превращения), относятся процессы упорядочения и полиморфные переходы.

При упорядочении структура фазы или сохраняется, или несколько деформируется. Атомы лишь обмениваются местами, причем эти диффузионные смещения атомов обычно невелики.

При полиморфном (аллотропическом) превращении твердого раствора образуется фаза с иной структурой. В чистых металлах и стехиометрических соединениях такие переходы осуществляются обычно бездиффузионными механизмами (например, мартенситное превращение). В сплавах переход может осуществляться диффузионным путем.

Рис.19. Классификация твердофазных превращений

(Е.М. Соколовская и Л.С. Гузей)

К фазовым переходам, происходящим с изменением состава исходной фазы (т.е. получение многофазных систем), относятся: расслоение твердого раствора; старение и отпуск сплавов, а также и растворение выделившихся фаз в твердом растворе (только по диффузионному механизму); эвтектоидный распад и образование твердого раствора из эвтектоидной структуры только по диффузионному механизму.

При расслоении твердого раствора образуются две фазы с той же структурой, но различные по составу. Подобное превращение может происходить по беззародышевому образованию двух фаз, называемом спинодальным распадом.

В зависимости от химического состава стали и параметров термической обработки распад переохлажденного аустенита по диффузионному механизму может происходить по эвтектоидной реакции с образованием перлита - механической смеси из двух составляющих - феррита и цементита, практически одновременно образующихся из твердого раствора при переохлаждении (нормальный механизм распада аустенита), или в случае реализации абнормального механизма распада – с раздельным образованием феррита и цементита.

Если при распаде пересыщенных твердых растворов одна из фаз имеет ту же структуру, что и исходная, а вторая – иную, то такие переходы называются ста-

рение и отпуск.

К таким переходам относят также и превращения типа “порядок-беспорядок”; концентрационное растворение - гомогенизация.

Все виды термических обработок, в процессе которых обязательно реализуются полиморфные превращения, называются термическими обработками с полиморфным превращением и они обязательно предполагают фазовую перекристаллизацию металла или сплава.

Если в процессе обработки не происходит фазовой перекристаллизации, а структура видоизменяется, то такие виды называются термической обработкой без фазовой перекристаллизации. К процессам термической обработки без фазовой перекристаллизации относятся: полигонизация, сфероидизация, рекристаллизация, гомогенизация твердого раствора по рекристаллизационному механизму и др.

Изучающим дисциплины, связанные с обменом энергией или веществом как внутри систем, так и между системами, следует помнить, что до настоящего времени мы еще формируем свои представления об окружающем нас мире на основании представлений, которые были сформулированы наукой 19-20 веков и рассматривающей взаимосвязь явлений на принципах равновесности природных процессов, их обратимости, линейности и предсказуемости (прогнозируемости). В равновесном состоянии любое взаимодействие внутри системы в одну сторону должно компенсироваться таким же по величине, но обратным по направлению воздействием. Такие системы, которые мы ранее рассматривали как идеальные, описываемые вторым началом термодинамики и которым присущи обратимые процессы в равновесных условиях, в действительности практически не существуют. Открытия последних десятилетий прошлого столетия в различных областях знаний в очередной раз подтверждают, что мы живем в мире, который не стационарен, он беспрерывно пульсирует и эволюционирует на основе автоволновых самоорганизующихся процессов, в этом мире нет практически закрытых, изолированных систем – они все обмениваются с окружающей средой энергией и часто материей (т.е. являются открытыми). В этих реальных системах наряду с детерминизмом (порядком) возникает динамический хаос или состояние неустойчивости, точки бифуркации, после которых возникают новые самоорганизованные и более сложные структуры. Это относится как к техническим, так и к биологическим и социальным системам.

Таким примером нелинейности развития материаловедческой системы является фазовый переход в железе из состояния с ОЦК решеткой через точку бифуркации к качественно новому состоянию системы с решеткой ГЦК (рис. 20 ), т.е. система претерпевает явление самоорганизации в результате внешнего энергетического воздействия (термической обработки).

Рис.20.Пример скачкообразного фазового перехода от системы с ОЦК

решеткой к системе с ГЦК решеткой в железе при переходе через

неустойчивое состояние (точку бифуркации) [Тушинский Л.И.].

Поэтому появление в 70-х годах прошлого столетия нового междисциплинарного подхода к изучению мира – теории самоорганизации новых структур в природе и обществе (синергетики) и др., привело к бурному развитию целого ряда новых теорий и направлений в математике, физике, механике, материаловедении и др. науках. Так, например, на стыке математики, кибернетики, моделирования, общего естествознания возникла нелинейная динамика, одна из новых наук, изучающая сложные динамические системы, которые претерпевают в процессе существования плавное эволюционное развитие, хаотическое состояние и через точки бифуркации скачки и катастрофы, приводящие их к новым качественным состояниям. Становиться очевидным, что реальная структура материалов и их действительные свойства определяются не идеальными условиями и схемами, в которых мы привыкли их рассматривать и изучать, а скорее степенью их отклонения от идеального состояния, т.е. наличием в них дефектов. Так возникла и общая теория дефектов, имеющая свои критерии в каждой специальности. Поэтому и в металловедении и термической обработке металлов и сплавов приобретает важнейшее направление исследование дефектов кристаллического строения металлов и сплавов, определяющих конечный уровень их свойств. Одним из новых направлений в металловедении и материаловедении является возможность количественной оценки реальной структуры металлов и материалов на основе фрактальной размерности, имеющей дробные значения. Фрактал – это объект с дробной, фрактальной размерностью, понятие о которых сформулировал и применил Бенуа Мандельброт, основываясь на ранее описанных в математике дробных размерностях Хаусдорфа-Безековича. Таких примеров, подтверждающих вышеизложенное, можно привести достаточно много.

ЛИТЕРАТУРА

1. Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.Т. Превращения в железе и стали.– М.:, Наука, 1977.-236 с.

2. Металловедение и термическая обработка стали. Справочное изд. перераб. и доп. В 3-х томах.\Под ред. М.Л Бернштейна.– М.: Металлургия, 1983.

3. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов.4-е изд.-М.:Металлургия,1986.—480 с.

4. Гуляев А.П. Металловедение. 5-изд.–М.: Металлургия, 1977.—647 с.

5. Новиков И.И., Строганов Г.Б, Новиков А.И. Металловедение, термообработка и рентгенография: Учебник для вузов – М.: МИСИ, 1994.-480 с.

6. Термическая обработка стали и металлопроката: Учебник для студентов высших технических заведени /Большаков В.И., Долженков И.Е.. Долженков В.Е.– Днепропетровск: Gaudeamus,2002.-271 с.

7. Технология термической и комбинированной обработки металлопродукции: Учебник для студентов высших технических заведений /Большаков В.И., Долженков И.Е.. Долженков В.Е. –Днепропетровск: Gaudeamus,2002.-390 с.

8.. Бунин К.П, Малиночка Я.Н., Таран Ю.Н. Основы металлографии чугуна.– М.: Металлургия, 1969.-416 с.

9. Рекристаллизация металлов и сплавов. 2-е изд. Горелик С.С. – М.: Металлургия, 1978.–568 с.

10. Баранов А.А. Фазовые превращения и термоциклирование металлов К.:Наукова думка, 1974.– 231 с.

11. Колачев Б.А, Елагин В.И., В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. – 3-е изд. перераб и доп..–М: МИСИС.2001–-416 с.

12..Вульф Б.К. Термическая обработка титановых сплавов. – М.: Металлургия, 1969.– 376 с.

13. Лысак Л.И., Николин Б.И. Физические основы термической обработки стали.–Техника, 1975.– 304 с.

14. Дьяченко С.С. Образование аустенита в железоуглеродистых сплавах.–М.: Металлургия,1982.– 128 с.

15. Материаловедение: Учебник для вузов /Б.А. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др.; Под общ.ред. Б.А.Арзамасова–3 изд.– М.: Изд-во МГТУ им.Баумана, 2002.– 648 с.

16. Основы термической обработки стали: Учебное пособие /0-75 М.А. Смирнов, В.М. Счастливцев, Л.Г. Журавлев. –М.: Наука и технология, 2002.– 519 с.

17. Старение металлических сплавов. Чуистов К.В. –Киев: Наукова думка, 1985.– 232 с.

18. Машиностроение. Энциклопедия /Ред. совет К.В. Фролов и др. –М:Москва М38 Машиностроение. Стали. Чугуны. Т.П-2 / Г.Г. Мухин А.И. Беляков, Н.Н. Александров и др. Под общ. ред О.А. Банных. 2001.– 784 с.

19. Тушинский Л.И. Структурная теория конструктивной прочности материалов: Монография.–Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004.– 400 с.

20. Энциклопедический справочник термиста-технолога: В 3 томах; /Масленков С.Б., Ляпунов А.И., Зинченко В.М. и др. Под общ. ред. Масленкова С.Б. –М.: Наука и технологии, 2003.– 392 с.

21. Башнин Ю.А., Цурков В.Н., Коровина В.М. Термическая обработка крупногабарит-ных изделий и полуфабрикатов на металлургических заводах.– М.: Металлургия, 1985.– 176 с.

22. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник. /Борисенок Г.В, Васильев Л.А и др. –М.: Металлургия, 1981.– 424 с.

23. Электрохимико-термическая обработка металлов и сплавов. /Кидин И.Н., Андрюшечкин В.И и др. –М.: Металлургия, 1978.– 320с

24. Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов в активированных средах. –М.: Металлургия, 1979.– 224 с.

25. Лахтин Ю.М, Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. –М: Металлургия,1985.– 256 с.

26. Пастух И.М. Теория и практика безводородного азотирования в тлеющем разряде.–Харьков: ННЦ ХФТИ, 2006 – 364 с.

27. Вакуумно-дуговые устройства и покрытия. /Андреев А.А., Саблев Л.П. и др.–Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005.–236 с.

Дополнительная литература

1. Григорович В.К. Электронное строение и термодинамика сплавов железа.– М.: Наука, 1970.– 292 с.

2. Основы физической химии. Ж. Фичини, К. Лапброзо-Бадер, Ж.-К..Денезе. Пер. с франц., М.: Мир, 1972.– 100 с.

3.Карякин Н.В Основы химической термодинамики. Учебное пособие для вузов.–М.: Издательский центр “Академия”, 2003.– 464 с.

4. Физическая химия. В 2 кн. Кн.1 Строение вещества. Термодинамика: Уч.для вузов /Краснов К.С., Воробьев Н.К., Годнев И.Н. и др. Под ред. К.С. Краснова –3-е изд., испр. –М.: Высш. школа, 2001.– 512с.

5.. Соколовская Е.М и Гузей Л.С.. Металлохимия: –М.: Изд. Моск. ун-та, 1986.– 264 с.

6. Л. Ван Флек. Теоретическое и прикладное материаловедение. Пер. с англ – М.: Атомиздат, 1975.– 472 с.

7. Сторонкин А.В. Термодинамика гетерогенных систем. Части 1 и 2. Изд. Ленинградского университета., 1967.

8. Глаголев К.В., А.Н. Морозов. Физическая термодинамика: Учебное пособие –М.: Изд. МГТУ им. Баумана, 2004.– 272 с.

9. История развития диаграммы железо-углерод /Е. Тыркель. –Пер. с польского. Под ред. И.И Сидорина., М.: Машиностроение, 1968.– 280 с.

10. Энциклопедический словарь по металлургии. Гл. редактор Лякишев Н.П. –В 2-х томах.–М.: Интермет Инжиниринг,– 2000.