Местами предпочтительного зарождения промежуточных фаз (при старении) служат отдельные дислокации, малоугловые границы (стенки дислокаций), дефекты упаковки и предположительно вакансионные кластеры. В зонах ГП также может зарождаться промежуточная фаза.
Выделения стабильной фазы предпочтительно зарождаются на высокоугловых границах и вакансионных кластерах. Кроме того, стабильные фазы могут зарождаться на ранее появившихся выделениях промежуточных фаз.
Зарождение выделений промежуточных фаз на дислокациях облегчено главным образом потому, что структурное несоответствие зародыша и матричного раствора частично или полностью компенсируется разрежением или сгущением около края экстраплоскости. Пластинки промежуточной фазы зарождаются с такой ориентировкой на краевых дислокациях, что поля напряжений от этих пластинок и дислокаций частично гасят одно другое.
В формуле слагаемое ∆Fупр затрудняющее зарождение, при выделении полукогерентной частицы на дислокации мало и даже может быть отрицательным — упругая энергия дислокации способствует зарождению.
При зарождении некогерентного выделения стабильной фазы с высокой поверхностной энергией в формуле определяющую роль играет составляющая ∆Fпов а не ∆Fупр. При образовании некогерентного выделения на межзеренной границе, являющейся готовой поверхностью раздела, составляющая ∆Fпов, затрудняющая зарождение, оказывается уменьшенной, т. е. зарождение некогерентного выделения на высокоугловой границе облегчено.
У когерентного и полукогерентного выделений поверхностная энергия значительно меньше, чем у полностью некогерентного. Поэтому при их зарождении определяющую роль в формуле играет составляющая ∆Fупр, а не ∆Fпов.
Дислокации и границы зерен служат местами предпочтительного зарождения еще и потому, что на них образуются сегрегации атомов растворенного элемента — атмосферы Коттрелла на дислокациях и равновесная сегрегация на высокоугловых границах. Так как промежуточные и стабильные фазы характеризуются повышенной концентрацией легирующего элемента, то им легче образоваться в участках матрицы, уже обогащенных этим элементом.
На границах зерен выделения стабильной фазы могут появиться даже в период закалочного охлаждения. Это происходит, в частности, при закалке некоторых алюминиевых сплавов в кипящей воде.
Если у промежуточных и стабильных фаз удельный объем больше, чем у матрицы, то естественно, что зарождение их облегчено на вакансионных кластерах, которые быстро образуются в матрице из-за пересыщения ее закалочными вакансиями.
Дефекты упаковки служат местами гетерогенного зарождения лишь в тех случаях, когда структура выделения тождественна структуре дефекта упаковки. Например, в сплавах Al — Ag промежуточная фаза γ´ имеет г. п. решетку, а дефект упаковки в г. ц. к. решетке, как известно, является тонкой прослойкой г. п. решетки. Следовательно, полоса дефекта упаковки между частичными дислокациями в твердом растворе серебра в алюминии, обогащенная атомами серебра (атмосфера Сузуки), — это готовый зародыш γ´-фазы.
Как было доказано в Образовании промежуточных метастабильных фаз, растворимость метастабильных фаз всегда выше, чем растворимость стабильной фазы. Рассмотрим гипотетическую систему, в которой в α-растворе могут образовываться зоны ГП, промежуточная фаза β´ и стабильная фаза β.
Зависимость свободной энергии от состава
Зависимость свободной энергии от состава расслаивающегося
с образованием зон ГП пересыщенного α-раствора,
метастабильной β´ и стабильной β-фазы.
На рисунке кривая Fα изображает зависимость свободной энергии от состава α-фазы, которая может расслаиваться с образованием зон ГП (по аналогии с кривой свободной энергии при температуре Т3 на рисунке Диаграмма состояния с кривой расслоения, б). Общая касательная к ветвям кривой свободной энергии даст состав матрицы (Сα—ГП ), находящейся в метастабильном равновесии с зонами ГП, которые здесь рассматриваются как метастабильная фаза с той же решеткой, что и матрица.
Промежуточная фаза β´ и стабильная фаза β имеют собственную кристаллическую решетку, отличную от решетки матрицы, к поэтому кривые свободной энергии Fβ´ и Fβ не являются продолжениями кривой Fα. Общая касательная к кривым Fα и Fβ´ определяет состав матрицы (Сα—β´) находящейся в метастабильном равновесии с промежуточной β-фазой. Аналогично определяется состав матрицы (Сα—β), находящейся в равновесии со стабильной фазой. Видно, что Сα—ГП > Сα—β´ > Сα—β.
Рисунок относящийся к определенной температуре, качественно не изменится и при других температурах: растворимость зон ГП будет всегда выше, чем β-фазы, а растворимоость β-фазы должна быть выше растворимости β-фазы. На диаграмме состояния под линией растворимости стабильной β-фазы должны находиться линии сольвуса (растворимости) промежуточной β-фазы и зон ГП.
Диаграмма состояния с линиями сольвуса
Диаграмма состояния с линиями сольвуса стабильной фазы β,
метастабильной фазы β´ и зон ГП (схема).
Линии сольвуса зон ГП, промежуточных фаз θ´ и θ˝ в системе
Al — Cu (ГП и θ˝ — по данным Батона а Роллэсона;
θ´ — Хорнбогена).
Экспериментально построенные линии сольвуса промежуточных фаз θ´ и θ˝ и зон ГП в системе Al — Cu показаны на рисунке.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков