Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.
Скачать (прямая ссылка):
') Глубокий анализ неравновесной кристаллизации эвтектиче-гких сплавов дай А. А. Бочваром (См. также [32]). — Прим. ред.
Однофазный Эвтектика
а
o Интерпретация диаграмм состояния
59
количество эвтектики. Присутствие эвтектической составляющей в структуре оказывает существенное влияние на свойство сплава и полностью определяет последующую технологию обработки слитка или отливки.
Образующиеся при кристаллизации в равновесных и неравновесных условиях структуры сплава при температуре несколько ниже эвтектической схематически представлены на фиг. 26.
§ 5. Равновесная кристаллизация сплавов, образующих перитектику
Примером диаграммы состояния системы с перитектикой служит диаграмма, представленная на фиг. 27. Сплав перитектического состава имеет концентрацию C0 и образуется при температуре перитектического превращения Tp при соединении жидкости состава C2 с твердой фазой состава Ci.
Для рассмотрения наиболее существенных особенностей перитектического превращения проследим кристаллизацию сплава состава C0 в равновесных условиях. При температуре Ti образуются первые кристаллы твердой фазы состава C3. По мере протекания процесса затвердевания состав всей твердой фазы изменяется в соответствии с линией солидус CD по направлению к точке D состава Ci, состав жидкости изменяется по линии ликвидус CE по направлению к точке E состава C2. При температуре перитектического превращения Tv вся твердая фаза состава C1 и вся жидкость состава C2 вступают в реакцию и образуется новый твердый раствор ? состава C0. Если вместо выбранного сплава перитектического состава C0 рассматривать равновесную кристаллизацию сплава C4, то он будет кристаллизоваться аналогично сплаву C0 до температуры перитектического превращения. Однако при температуре перитектического превращения в сплаве состава C4 будет присутствовать некоторое избыточное количество выделившихся в первую очередь кристаллов твердого раствора а, которое остается после реакции с жидкостью и образования твердой фазы перитектического состава. В результате 60
Г лава 4
образуется структура, состоящая из кристаллов первичного твердого раствора а и перитектики ?. Для сплава C5 справедлива противоположная ситуация; здесь наблюдается недостаток твердого раствора а при температуре перитектического превращения, и он будет полностью использован, в то время как некоторое количество жидкости останется после перитектической реакции.
В результате реакции образуется твердая фаза перитектического состава и остается избыточное количество жидкости состава C2. Эта жидкость находится в равновесии с твердой фазой состава C0, и по мере протекания процесса кристаллизации состав жидкости изменяется по линии ликвидус EF до состава C6, в то время как состав твердой фазы изменяется по линии солидус PF по направлению к исходной концентрации сплава C5. При затвердевании последних капель жидкости при температуре T2 окончательный состав твердой фазы примет значение Cs. Интерпретация диаграмм состояния
61
§ 6. Неравновесная кристаллизация сплавов, образующих перитектику
Как уже упоминалось выше, перитектическая реакция заключается в соединении жидкости с твердой фазой и образовании твердой фазы другого состава; в случае равновесной кристаллизации сплава состава C0 предполагается, что за время затвердевания успевает пройти реакция всей твердой фазы со всей жидкостью. На практике, однако, кристаллы твердого раствора имеют определенную толщину и изменение их состава может происходить только на границе раздела твердой и жидкой фаз, где имеет место перитектическая реакция. Состав наружных участков кристалла может измениться до C0, в то время как состав внутренних останется C1. Это различие в составе между внутренними и наружными частями может быть выравнено только диффузией, требующей достаточно много времени. Вследствие этого сплавы перитектических систем сразу же после кристаллизации всегда содержат первичный твердый раствор (в данном случае а) и твердую фазу перитектического состава.
§ 7. Бинарные системы с полной нерастворимостью компонентов в жидком состоянии
Все диаграммы состояния, рассмотренные в настоящей главе, относятся к случаю полной растворимости компонентов в жидком состоянии и полной или частичной растворимости в твердом состоянии. Однако существуют бинарные системы, обладающие частичной растворимостью или полной нерастворимостью в жидком и твердом состояниях. Для ознакомления с диаграммой состояния системы, в которой не существует взаимной растворимости компонентов в жидком и твердом состояниях, целесообразно рассмотреть процесс кристаллизации любого сплава системы, приведенной на фиг. 28.
При очень высокой температуре два металла существуют в виде несмешивающихся жидкостей, и в таком состоянии без каких-либо изменений они находятся 62
Г лава 4
вплоть до температуры кристаллизации железа. При этой температуре (1525° С) происходит кристаллизация
чистого железа, в то время как серебро остается в жидком состоянии. Когда температура снижается до 960° С (температуры кристаллизации серебра), происходит затвердевание чистого серебра. При всех температурах
