Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.
Скачать (прямая ссылка):
В результате неравновесной кристаллизации образуется структура, состоящая из слоев с различным составом. Это может быть более ясно видно из анализа диаграммы состояния, приведенной на фиг. 22.
4* 52
Г лава 4
По мере протекания процесса кристаллизации состав твердой фазы изменяется от Ci до C3 при температуре T2. При достижении температуры 7'3 состав твердой фазы изменяется от Ci до C0; при этом образовавшаяся в начале процесса твердая фаза имеет концентрацию Cb а твердая фаза, образовавшаяся при T3, имеет концентрацию C0. Так как конечная средняя концентрация всей
Фиг. 22. Образование дендритной ликвации в системе медь — никель.
твердой фазы должна быть равна исходной концентрации C0, то при достижении температуры T3 остается жидкость, имеющая концентрацию C4, C5 и т. д.; эта жидкость превращается в твердую фазу той же концентрации и средний состав твердой фазы становится равным C0.
В выбранном сплаве различие в составе твердой фазы, образовавшейся в начале и конце процесса кристаллизации, может быть очень большим, что приводит к развитию внутрикристаллической ликвации и образованию характерной дендритной (cored) структуры. На фото 3 [7] приведена такая дендритная структура, часто наблюдаемая в сплавах. Травлением образца в кислоте Интерпретация диаграмм состояния
53
было выявлено различив концентрации от центра дендрита к его краям.
Кристаллы, образующиеся в сплавах, как правило, являются дендритами, так как во время кристаллизации часто наблюдается переохлаждение расплавов. Более детально этот вопрос будет рассмотрен в гл. 6.
Диаграмма состояния типа твердого раствора с минимумом. Другой тип диаграммы состояния с твердым раствором имеет вид, представленный на фиг. 23. Эта
Весовой процент золота
Фиг. 23. Диаграмма состояния (система медь — золото) с минимумом.
система выглядит более сложно, чем изображенная на фиг. 22, но в действительности также весьма проста. Она может быть представлена как состоящая из двух простых диаграмм типа твердого раствора, соединенных в точке C3. Кристаллизация сплава состава C1 протекает точно так, как и любого сплава в системе медь—никель. Сказанное справедливо и для сплава состава C2. Только кристаллизация сплава состава C3 протекает несколько иначе. Этот сплав не имеет температурного интервала кристаллизации, а затвердевает при постоянной температуре, как и чистый металл. Это, конечно, означает, что образующаяся твердая фаза имеет тот же самый состав, что и жидкость, из которой она образуется. 54
Г лава 4
§ 3. Равновесная кристаллизация эвтектических сплавов
До сих пор рассматривались сплавы, образующие при затвердевании только один твердый раствор. Однако имеется много систем, в которых образуется больше чем одна твердая фаза, так как два металла могут быть растворимы друг в друге не во всех соотношениях. Система свинец—олово, диаграмма состояния которой представлена на фиг. 24, является хорошим примером такого случая. Для облегчения анализа этой
Весовой процент олова
Фиг. 24. Диаграмма состояния системы свинец — олово.
диаграммы она может быть представлена как состоящая из двух диаграмм типа твердого раствора, совмещенных так, как показано на фиг. 25.
Кристаллизация любого сплава с содержанием олова от 0 до 20% или от 98 до 100% происходит точно так же, как и кристаллизация сплава, образующего твердый раствор. Линия AE (фиг. 24) является линией ликвидус, a AB — соответствующей линией солидус для сплавов, затвердевающих с образованием твердого раствора I. Для сплавов, образующих твердый раствор II, линия DE является линией ликвидус, a DH — линиёй солидус. Твердый раствор I представляет собой растіаор олова в Интерпретация диаграмм состояния
55
свинце, а раствор II является твердым раствором замещения свинца в олове.
Рассмотрим кристаллизацию сплава состава Ce (см. фиг. 24). Расплав этого состава может быть охлажден до температуры, соответствующей линии ВН. При этой температуре ТЕ, называемой эвтектической, расплав как бы находится на двух линиях ликвидус. В рассматриваемых ранее случаях в любой момент времени жидкость находилась в равновесии только с твердой фазой одного состава, а в данном случае жидкость находится в равновесии с твердой фазой состава C1 и другой твердой фазой состава C2. Обе твердые фазы образуются из
Фиг. 25. Образование диаграммы состояния эвтектического типа прн совмещении двух диаграмм состояния типа твердого раствора.
жидкости состава СЕ, и такая смесь двух различных твердых фаз называется эвтектикой. Как правило, эвтектика представляет собой мелкодисперсную смесь кристаллов двух твердых фаз, образовавшихся из жидкости состава СЕ.
Для более полного ознакомления с диаграммой состояния эвтектического типа целесообразно рассмотреть процесс кристаллизации сплава состава C4 в равновесных условиях. Кристаллизация сплава начинается при температуре Ti и продолжается с изменением состава жидкой фазы по линии AE по направлению к точке Е, а состав твердой фазы изменяется по линии AB по 56
