Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.
Скачать (прямая ссылка):
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Winegard W. С., Chalmers В., Trans. Amer. Soc. Metals, 46, 1214 (1954).
Переохлаждение и рост дендритов в сплавах. Ruddle R. W., The Solidification of Castings, Inst. Metals Monograph and Report Series. № 7, 2nd edn., London, 1957. Winegard W. C., Met. Rev., 6 (21), 57 (1961).
Основы кристаллизации металлов. Walker J. L., в сб. «Liquid Metals and Solidification», Cleveland, 1958, p. 319. (Имеется перевод в сб. «Жидкие металлы и их затвердевание», M., 1962, стр. 355.) *Бочвар А. А., Исследование механизма и кинетики кристаллизации сплавов эвтектического типа, ОНТИ, M., 1935. •Новиков И. И., 3 о л о т а р е в с к и и В. С., Дендритная ликвация в сплавах, изд-во «Наука», 1966. Глава 9 СЕГРЕГАЦИЯ (ЛИКВАЦИЯ) В СПЛАВАХ
Рассмотренный в предыдущих главах процесс формирования структуры связан с возникновением в расплаве концентрационного переохлаждения, являющегося в свою очередь следствием различия в составе твердой и жидкой фаз в процессе кристаллизации. Это различие в составе не только вызывает переохлаждение при подходящих температурных условиях, но и приводит к сегрегации, или, ликвации, примеси в затвердевшем сплаве.
Различают ликвацию двух типов: внутрикристалли-ческую и зональную. Внутрикристаллическая, или дендритная, ликвация заключается в различии концентрации примеси на сравнительно небольших расстояниях, соизмеримых с ячейками, дендритами, зернами, в то время как зональная ликвация проявляется в различии в составе между наружной и центральной зонами отливки или слитка. Оба типа ликвации будут рассмотрены в настоящей главе.
§ 1. Внутрикристаллическая ликвация
Внутриячеистая ликвация. Как было показано в гл. 7, ячеистая субструктура часто образуется при затвердевании в результате возникновения концентрационного переохлаждения. Границы ячеек обогащены примесью, если k0<l, и обеднены при kQ>\. Если при образовании ячеистой структуры у фронта кристаллизации имеется зона жидкого расплава, обогащенного примесью (при &о<1), то возникновение сегрегации примеси у границ ячеек обязано боковому диффузионному потоку примеси от вершины растущего выступа. Количество примеси, которое действительно достигнет границы ячейки, трудно Сегрегация (ликвация) в сплавах
91
измерить, однако оно зависит от k0 и глубины выемки между ячейками. На фиг. 42 схематически показана ячеистая структура на фронте кристаллизации; по мере увеличения переохлаждения (от случая а к в) выемки между ячейками становятся глубже, что должно приводить к обогащению границ ячеек примесью вследствие
Фиг. 42. Изменение формы ячеистого фронта кристаллизации при увеличении переохлаждения от а до е.
диффузии примеси от вершины ячейки. Концентрация примеси на границах может в несколько раз превышать концентрацию в центре ячейки.
Дендритная ликвация. Наиболее известный тип вну-трикристаллической ликвации — ликвация между дендритами, или так называемая «осевая» ликвация, заключается в том, что ось дендрита (core) имеет состав, сильно отличающийся от состава его наружных областей.
Следует подчеркнуть, что дендритная ликвация также является следствием бокового диффузионного потока, вызывающего отвод примеси в межосевое пространство.
Выявление дендритной ликвации наиболее часто производится металлографическими методами (фото 3), а использование радиоактивных изотопов позволяет показать, что концентрация примеси на границе между 92
Г лава 10
двумя дендритами может быть весьма высокой. Действительно, часто наблюдается, что в этих областях образуется эвтектика или перитектика, если они имеются на диаграмме состояния, к которой принадлежит данный сплав.
Виутризеренная ликвация. Существование вблизи границ зерна областей, обогащенных примесью, так же как и существование дендритной ликвации известно довольно давно. Также хорошо известно, но редко подробно рассматривается то обстоятельство, что степень
Твердая фаза
Жидкость
Зерно I ——
Зерни Z —-
Жидкость
а o
Фиг. 43. Образование границы зерен.
а —параллельно направлению роста; б —при росте равноосных зерен.
ликвации зависит от характера образования границ. Для анализа этого положения рассмотрим два случая, представленных на фиг. 43; на схеме а изображена граница, расположенная параллельно направлению теплового потока, а на схеме б — граница, образующаяся при равноосном росте зерен.
В случае а скопление примеси на границе зависит от ориентировки двух зерен по отношению к границе. Если оба зерна ориентированы таким образом, что скапливающаяся у фронта кристаллизации примесь отводится по направлению к границе между зернами, то концентрация примеси на этой границе может быть весьма высокой. Аналогичное положение может наблюдаться в случае образования на фронте кристаллизации такой субструктуры, как ячейки или дендриты, соприкасающиеся на границе между зернами; примесь, перемещающаяся впереди этой субструктуры, может частично скапливаться на границе зерен. Сегрегация (ликвация) в сплавах
93
Однако обычно при кристаллизации отливок, или слитков, внутризеренная ликвация наблюдается в случае образования равноосных зерен (фиг. 43,6), где область, прилегающая к границам зерен, кристаллизуется в последнюю очередь. Перед движущейся границей раздела между твердой и жидкой фазами имеется область жидкости, обогащенной примесью, и эта обогащенная примесью жидкость в конце концов кристаллизуется, образуя обогащенную примесью твердую фазу. В случае образования равноосной структуры область вблизи границ зерен является местом скопления значительного количества примеси, так как два обогащенных примесью слоя, соприкасаясь при кристаллизации, образуют область с очень высокой концентрацией примеси. За редким исключением, находящийся вблизи границ зерен материал имеет эвтектический или перитектический состав.
