Анализ пространственных структур, возникающих при эвтектической кристаллизации и ячеистом распаде пересыщенных твёрдых растворов

М. А. Иванов, А. Ю. Наумук

Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03680, ГСП, Киев-142, Украина

Получена: 18.11.2014. Скачать: PDF

Проанализированы условия возникновения различных структур для стационарных процессов эвтектической кристаллизации и ячеистого распада пересыщенных твёрдых растворов. Выполненное рассмотрение основывается на предложенном ранее подходе, в котором сравниваются скорости изменения свободной энергии, вычисленные двумя методами, а также применяется определённый вариационный принцип выбора между различными путями реализации таких процессов. При этом оказывается, что наиболее выгодной при заданных внешних условиях является такая структура, для которой достигается минимальное значение произведения суммарной величины поверхностной энергии между образующимися фазами на возникающий в рамках такого подхода структурный фактор процесса, причём вид последнего существенно зависит от механизма реализации разделительной диффузии (объёмной или поверхностной). На основе таких представлений здесь выполнено сравнение ламельной и стержневой структур, возникающих как при эвтектической кристаллизации, так и при ячеистом распаде. Для стержневой структуры рассмотрены различные варианты размещения стержней в двумерной решётке, а именно, в виде правильных треугольных или прямоугольных ячеек, а также некоторые, отличные от круговой, огранки стержня, например, в виде правильного шестиугольника.

Ключевые слова: стационарные неравновесные процессы, эвтектическая кристаллизация, ячеистый распад пересыщенных твёрдых растворов, ламельная структура, стержневая структура, диффузия, скорость изменения свободной энергии.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v36/i12/1571.html

PACS: 64.60.A-, 64.60.My, 64.70.dg, 65.40.gd, 65.40.gp, 66.30.Fq, 81.30.-t


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. S. R. de Groot, Introduction to Thermodynamics of Irreversible Processes (New York: Interscience Publishers, Inc.: 1951).
  2. I. Prigogine, Non-Equilibrium Statistical Mechanics (New York: John Wiley: 1961).
  3. S. R. de Groot and P. Masur, Nonequilibrium Thermodynamics (Amsterdam: North-Holland: 1962).
  4. I. Gyarmati, Non-Equilibrium Thermodynamics. Field Theory and Variational Principles (Berlin: Springer: 1970). Crossref
  5. P. Glansdorff and I. Prigogine, Thermodynamic Theory of Structure, Stability and Fluctuations (New York: John Wiley: 1971).
  6. Д. Н. Зубарев, Неравновесная статистическая термодинамика (Москва: Наука: 1971).
  7. H. C. H. Carpenter and J. M. Robertson, J. Iron Steel Inst., 125, No. 1: 309 (1932).
  8. D. Turnbull and H. N. Treaftis, Acta Met., 3, No. 1: 43 (1955). Crossref
  9. W. de Sorbo and D. Turnbull, Acta Met., 4, No. 5: 495 (1956). Crossref
  10. R. G. Rose, Acta Met., 5, No. 7: 404 (1957). Crossref
  11. Н. Н. Буйнов, Р. Р. Захарова, Распад металлических пересыщенных твёрдых растворов (Москва: Металлургия: 1964).
  12. K. N. Tu and D. Turnbull, Acta Met., 15, Iss. 2: 369; ibidem, Iss. 8: 1317 (1967). Crossref
  13. К. П. Бунин, Я. Н. Малиночка, Ю. Н. Таран, Основы металлографии чугуна (Москва: Металлургия: 1969).
  14. Л. Н. Лариков, О. А. Шматко, Физ. мет. металловед., 30, № 6: 1173 (1970).
  15. Л. Н. Лариков, О. А. Шматко, Ячеистый распад пересыщенных твёрдых растворов (Киев: Наукова думка: 1976).
  16. О. А. Шматко, Металлофизика, 2, № 2: 97 (1980).
  17. М. В. Иткин, В. С. Красильников, О. А. Шматко, Металлофизика, 7, № 6: 27 (1985).
  18. W. H. Brandt, J. Appl. Phys., 16, No. 1: 139 (1945). Crossref
  19. C. Zener, Trans. AIME, 167, No. 1: 550 (1945).
  20. D. Turnbull, Acta Met., 3, No. 1: 55 (1955). Crossref
  21. M. Hillert, Jernkont. Ann., 141, No. 1: 757 (1957).
  22. J. W. Cahn, Acta. Met., 7, No. 1: 18 (1959). Crossref
  23. K. A. Jackson and J. D. Hunt, Trans. AIME, 236, No. 1: 1129 (1966).
  24. J. M. Shapiro and J. S. Kirkaldy, Acta. Met., 16, No. 1: 579 (1968). Crossref
  25. B. E. Sundquist, Acta Met., 16, No. 1: 1413 (1968). Crossref
  26. F. M. A. Carpay and J. Boomgard, Acta Met., 19, No. 1: 1279 (1971). Crossref
  27. S. Milenkovic and R. Caram, J. Crystal Growth, 237–239, No. 1: 95 (2002). Crossref
  28. H. Deng, E. C. Dickey, Y. Paderno, V. Paderno, V. Filippov, and A. Sayir, J. Mater. Sci., 39, No. 1: 5987 (2004). Crossref
  29. М. А. Иванов, В. И. Глущенко, А. Ю. Наумук, Физ. мет. металловед., 113, № 1: 3 (2012).
  30. М. А. Иванов, А. Ю. Наумук, Физ. мет. металловед., 115, № 5: 502 (2014). Crossref
  31. М. А. Иванов, А. Ю. Наумук, Физ. мет. металловед., 115, № 9: 941 (2014). Crossref
  32. М. А. Иванов, А. Ю. Наумук, О. А. Шматко, Металлофиз. новейшие технол., 36, № 8: 1059 (2014). Crossref