Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.
Скачать (прямая ссылка):
Г лава 4
направлению к точке В. При какой-либо фиксированной температуре в интервале между Ti и Te состав всей твердой фазы и состав всей жидкости может быть определен точками пересечения линии, соответствующей этой температуре, с линиями AB и AE соответственно. При понижении температуры до Te жидкость будет иметь состав СЕ, лежащий на пересечении двух линий ликвидус, и начнется эвтектическое превращение. Структура слитка, кристаллизовавшегося при температуре, несколько более низкой, чем ТЕ, будет состоять из твердого раствора I состава C1, выделившегося в температурном интервале между Т\ и ТЕ, и эвтектики, состоящей из твердого раствора I состава C1 и твердого раствора II состава C2. Конечно, состав всей твердой фазы остался C4 (равный исходному), но часть твердой фазы имеет состав C1, а часть — состав Cj-I-C2 или СЕ. Пример такой структуры приведен на фото 4 [8].
Сплав состава C6 кристаллизуется аналогично сплаву состава C4; он состоит из кристаллов первичной фазы состава C2 и эвтектики. Более детально вопросы формирования структуры эвтектических сплавов будут рассмотрены в одной из последующих глав.
Растворимость компонентов в твердом состоянии. Положение линий BF и HG на диаграмме состояния (см. фиг. 24) не имеет какого-либо значения при рассмотрении процессов кристаллизации, так как все сплавы данной системы находятся в твердом состоянии ниже эвтектической температуры. Однако эти линии играют весьма существенную роль для определения состава твердой фазы при более низких температурах. Так, например, растворимость олова в твердом растворе I (раствор олова в свинце), так же как и растворимость соли в воде, зависит от температуры; в этом случае линии AB и BF показывают предельную растворимость олова в свинце в зависимости от температуры. При температуре T1 свинец может содержать приблизительно до 16% олова в растворе, при температуре Te — от 0 до 20% олова, в то время как при температуре T2 предельная растворимость составляет только 5%. Интерпретация диаграмм состояния
57
Чтобы проиллюстрировать значение линии растворимости, вернемся к рассмотрению сплава C4 на фиг. 24. При температуре несколько ниже эвтектической этот сплав состоит из первичных кристаллов твердого раствора I состава C1 и эвтектики, представляющей собой смесь кристаллов твердых растворов состава C1 и C2. При понижении температуры из твердого раствора I должно выделяться олово, так как его растворимость в свинце с понижением температуры уменьшается, на что указывает ход линии BF. Выделение олова происходит в виде кристаллов твердого раствора на основе олова. Выделение избыточного олова наблюдается в соответствии с линией растворимости независимо от того, является ли твердый раствор I первичной твердой фазой, образовавшейся при кристаллизации, или он входит в эвтектику. В рассматриваемом случае выделение олова в виде кристаллов твердого раствора II происходит как из первичных кристаллов твердого раствора I, так и из кристаллов, входящих в эвтектику.
При температуре T2 раствор I содержит только 5% олова, а остальное олово присутствует в виде выделившейся фазы твердого раствора II. При дальнейшем понижении температуры количество выделившейся фазы увеличится; состав этой фазы при любой температуре может быть определен пересечением линии, соответствующей выбранной температуре, и линии HG.
Точно так же, используя линии растворимости в твердом состоянии, можно проанализировать превращения, наблюдаемые в сплаве состава C7 (раствор, содержащий 5% олова в свинце). Он кристаллизуется с образованием только твердого раствора I, содержащего 5% олова. При понижении температуры от T3 до T2 никаких изменений в сплаве не наблюдается, так как в данном температурном интервале свинец может удерживать это количество олова в твердом растворе. При температуре T2 предельная растворимость олова в свинце составляет 5%, т. е. соответствует концентрации олова в выбранном сплаве. При понижении температуры ниже T2 происходит выделение избыточного олова, и состав твердого раствора I изменяется по линии BF. 58
Г лава 4
§ 4. Неравновесная кристаллизация эвтектических сплавов')
При кристаллизации сплава состава C7 (см. фиг. 24) в равновесных условиях образуется однородный твердый раствор. Однако этот же самый сплав имеет совершенно другую структуру, если он кристаллизуется с обычной скоростью, так как в этом случае за время кристаллизации процессы диффузии в твердой и жидкой фазах
Фиг. 26. Схематическое изображение микроструктуры сплава состава C7 после кристаллизации.
а — в равновесных условиях, б —в неравновесных условиях..
не успевают пройти. Неравновесная кристаллизация этого сплава аналогична рассмотренной в § 2; наиболее существенной чертой этого процесса является увеличение концентрации примеси перед фронтом кристаллизации. Это вызывает отклонение от исходной концентрации и приводит к образованию внутрикристалли-ческой ликвации. При наличии в системе эвтектики концентрация жидкости может достигнуть эвтектической и произойдет образование эвтектики. В результате неравновесной кристаллизации в этом случае образуется дендритная структура твердого раствора и некоторое
