Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.
Скачать (прямая ссылка):
2 расплав*
Жидкое серебро +
Жидкое железо
Жидкое серебро +
Твердое железо
Твердое железо +
Твердое серебро
Ag Fe
Весовой процент железа
Фиг. 28. Диаграмма состояния системы серебро — железо.
1525
о
§: Є
0
S-
с
1
Э60
ниже 960Э С оба металла практически не обладают взаимной растворимостью и существуют в виде различных твердых фаз.
§ 8. Бинарные системы с ограниченной
растворимостью компонентов в жидком состоянии
В металлических системах часто встречается случай ограниченной растворимости компонентов в жидком состоянии. На фиг. 29 приведена диаграмма состояния такой системы. Чтобы поближе познакомиться с этой Интерпретация диаграмм состояния
63
диаграммой, рассмотрим кристаллизацию сплава, содержащего 25% висмута и 75% цинка.
Выше температуры Ti два металла образуют однородный жидкий раствор, состояние которого не изменяется при понижении температуры вплоть до T1. При этой температуре жидкий раствор разделяется на два раствора: один исходной концентрации, а другой концентрации В. При дальнейшем понижении температуры
Нрсоеой процент висмута
Фиг. 29. Диаграмма состояния системы цинк — висмут.
состав жидких растворов меняется и, в частности, при температуре T2 в расплаве имеется раствор состава С, обогащенный цинком, и раствор состава D, обогащенный висмутом. Когда температура расплава достигает 416° С, выделение висмута из обогащенного цинком жидкого раствора приводит к снижению концентрации висмута в нем до 1,9%, в то время как обогащенный висмутом раствор состоит из 84% висмута и 16% цинка. При этой температуре обогащенная цинком жидкость разлагается с образованием твердой фазы, состоящей почти из чистого цинка, и жидкости состава 84% Bi — 16% Zn. Это превращение носит название монотектиче-ской реакции. При дальнейшем понижении температуры цинк продолжает кристаллизоваться из обогащенного 64
Г лава 10
висмутом раствора до тех пор, пока жидкость не примет состав 97% Bi —3% Zn; здесь произойдет эвтектическое превращение и образуется эвтектика, состоящая из кристаллов цинка и кристаллов твердого раствора на основе висмута.
В настоящей главе были разобраны лишь некоторые типы диаграмм состояния бинарных систем. Следует подчеркнуть, что и для любых бинарных сплавов, используя кривые охлаждения, можно построить диаграмму состояния. Принципы анализа диаграмм, изложенные в этой главе, разумеется, годятся для любых бинарных систем.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Smith М. С., Alloy Series in Physical Metallurgy, New York — London, 1956.
Bailey A. R., Text-book of Metallurgy, 2nd ed., London, 1961. Hume-Rothery W., «Elements of Structural Metallurgy», Inst.
Metals Monograph and Report Series, № 26, London, 1961. Rhines F. N., Phase Diagrams in Metallurgy, New York — London, 1956.
Chalmers B., Physical Metallurgy, New York — London, 1959. (Имеется перевод: Б. Ч а л м e p с, Физическое металловедение, M., 1963.)
CottreU A. H., Theoretical Structural Metallurgy, London, 1955. *K у p н а к о в Н. С., Введение в физико-химический анализ, ОНТИ, Л., 1936.
*Б о ч в а р А. А., Металловедение, M., 1936.
*Ш т ё й н б е р г С. С., Металловедение, т. I, M., 1952.
*П и н е с Б. Я., Очерки по физике металлов, изд-во Харьковского
государственного университета, 1962 *Хансен M., Андерко K-, Структуры двойных сплавов, M., 1962. 65 Г лава 10
КОНЦЕНТРАЦИОННОЕ ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЕ
После обзора основных принципов, необходимых для построения и интерпретации диаграмм состояния, целесообразно приступить к рассмотрению структур роста кристаллов при затвердевании сплавов. Как в чистых металлах, так и в сплавах образующаяся структура непосредственно определяется величиной переохлаждения. В чистых металлах возникает только термическое переохлаждение расплава, в сплавах же переохлаждение может быть вызвано как изменением температуры расплава, так и его состава. Если переохлаждение вызывается изменением состава, связанным с изменением температуры, оно называется концентрационным !); это переохлаждение определяет структуры роста, обычно наблюдаемые в сплавах. Настоящая глава посвящена вопросам возникновения концентрационного переохлаждения в расплавах, а в гл. 7 рассматриваются структуры, образующиеся при росте кристаллов в сплавах.
§ 1. Концентрационное переохлаждение при k0<,\
Одним из наиболее важных положений, отмеченных в гл. 5, является то, что в неравновесных условиях состав возникшей твердой фазы отличен от состава жидкости, из которой она образовалась; это приводит к возникновению в жидкости перед фронтом кристаллизации градиента концентрации. Так, например, если концентрация примеси в твердой фазе меньше, чем в жидкости, из которой образуется эта твердая фаза, то примесь
') Этот термин более распространен в отечественной литературе, чем принятый автором термин constitutional — «структурное переохлаждение». — Прим. ред.
5 У. Вайнгард 66
Г лава 10
должна скапливаться в жидкости перед фронтом кристаллизации. Если время недостаточно для того, чтобы произошло равномерное распределение примеси по объему оставшейся жидкости, то перед фронтом кристаллизации возникает и сохраняется в процессе кристаллизации градиент концентрации. Этот градиент концентрации приводит к возникновению концентрационного переохлаждения, определяющего структуру, образующуюся в слитках сплавов.
