Теория метастабильной кристаллизации переохлажденного эвтектического расплава

Аннотация

Разработана новая теория кристаллизации переохлажденного метастабильного расплава, базирующаяся на вариационных принципах механики, учитывающая закономерности образования и диффузионного роста равновесных кристаллов, а также бездиффузионный рост метастабильных кристаллов. Проведенные по модели расчеты для расплава Fe₈₃B₁₇ показали, что в переохлажденном расплаве наблюдается одновременное зарождение и рост стабильных фаз Fe и Fe₂B с метастабильной фазой Fe₃B, причём скорость роста кристаллов околокритических размеров фазы Fe₃B превышает скорость роста кристаллов Fe и Fe₂B. Для кристаллов Fe₃B наблюдается эффект бездиффузионного роста, когда быстро растущая поверхность кристалла Fe₃B захватывает атомы бора. На основе разработанной теории построена квазиравновесная диаграмма состояния для переохлажденного расплава Fe-B, учитывающая как равновесный рост кристаллов, так и рост метастабильной фазы. Полученная диаграмма позволяет прогнозировать значения концентрации компонентов у поверхности растущих кристаллов как для кристаллов Fe и Fe₂B, для которых соблюдается условие локального равновесия на их поверхности, так и для метастабильных кристаллов Fe₃B, бездиффузионный рост которых обусловлен высокой скоростью движения поверхности кристалла. Проведенное математическое моделирование зарождения и роста кристаллов в переохлажденном  эвтектическом расплаве Fe₈₃B₁₇ показало, что в переохлажденном расплаве наблюдается одновременное зарождение и рост стабильных фаз Fe и Fe₂B с метастабильной фазой Fe₃B. Изучены закономерности зарождения и роста метастабильной фазы Fe₃B. Механизм роста зародышей Fe₃B отличается от роста зародышей Fe и Fe₂B вследствие бездиффузионного захвата растущей поверхностью кристаллов Fe₃B атомов бора.