Фазовые переходы. Термодинамика ТМП (Термоупругие мартенситные превращения)

План семинара:
Термодинамика физических процессов
Фазовые переходы
Термоупругие мартенситные превращения (ТМП)
Термодинамика ТМП

U – внутренняя энергия термодинамической системы
δQ > 0 – теплота подводится к телу
δW > 0 – работа совершается над телом
I Начало термодинамики
dU = δQ + δW

Термодинамические потенциалы
U(S, V) – Внутренняя энергия
H(S, P) = U + PV – Энтальпия
G(T, P) = U – TS + PV – Потенциал Гиббса
(Газ)
(Теплота)
(какая часть от полной внутренней энергии системы может быть использована для превращений)
δQ = dU – δW = dU + PdV
Фазовые переходы I и II рода
Фазовый переход первого рода называется фазовый переход, при котором скачком меняются первые производные термодинамических потенциалов
Фазовый переход второго рода называется фазовый переход, при котором скачком меняются вторые производные термодинамических потенциалов
Фаза – область вещества, которая отличается от других физическими или механическими свойствами с ограниченной границей
- S
V

Термоупругое мартенситное превращение
Мартенситное превращение – бездиффузионное фазовое превращение первого рода, при котором происходит согласованное кооперативное смещение атомов на расстояния, меньшие межатомного
Высокотемпературная фаза
Аустенит
B2 фаза
Низкотемпературная фаза
Мартенсит
B19’ фаза
Прямое превращение
Выделение теплоты
Обратное превращение
Поглощение теплоты

Безгистерезисное превращение
Гистерезисное превращение
Критический размер зародыша мартенсита в сплаве TiNi ~ 20 нм
Термодинамика термоупругих мартенситных превращений
G(T, P) = U – TS + PV

R.J. Salzbrenner, Morris Cohen. On the thermodynamics of thermoelastic martensitic transformations. Acta metallurgica. 27 (1979) 739-748
Гистерезис B2↔B19’ 30-50 ̊С
Гистерезис B2↔R 3-5 ̊C

Влияние размера зерна на температуры мартенситных превращений
Размер зерна d = 0.5 мм
Размер зерна d = 1.5 мм
Размер зерна d = 4.0 мм
Размер зерна d = 4.0 мм
Монокристалл

Условие термодинамического равновесия прямого и обратного мартенситного превращения
Прямое превращение
Обратное превращение

Влияние концентрации никеля на температуру Ms
J. Frenzel, et. al. Influence of Ni on martensitic phase transformations in NiTi. Acta Materialia 58 (2010) 3444-3458

Самоаккомодация мартенситных пластин

Порядок появления и исчезновения кристаллов мартенсита