Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.
Скачать (прямая ссылка):
Г лава 10
Ширина пластин. Из табл. 6 видно, что ширина пластин К, определяемая, как показано на фиг. 54, в сплаве эвтектического состава системы Pb—Sn уменьшается с
Таблица 6
Ширина пластин в эвтектике Pb-Sn в зависимости от скорости кристаллизации [25]
Скорость кристаллизации R, мм/мин Ширина пластин к, MK
1,5 1,2
10 0,6
18 0,5
увеличением скорости кристаллизации. Это может быть объяснено на основе представлений об отводе примеси от фронта кристаллизации. При эвтектической температуре каждая из растущих совместно двух твердых фаз имеет свой определенный состав и отводит то количество примеси, которое не может быть ею усвоено (аккомодировано). Для поддержания определенной формы пластины при фиксированном составе фазы необходимо, чтобы примесь (олово), отводимая пластинами свинца, успевала продиффундировать к одной из пластин олова. Таким образом, ширина пластины должна быть такой, чтобы примесь смогла продиффундировать на необходимое расстояние за время, определяемое скоростью кристаллизации. При увеличении скорости кристаллизации время для диффузии примеси перед фронтом кристаллизации уменьшается. Ширина пластины при этом также должна уменьшиться, укорачивая таким образом пути диффузии; это приводит к тому, что выделившаяся впереди одной из пластин примесь успевает продиффундировать к соседней пластине, обеспечивая тем самым условия, необходимые для дальнейшего роста.
Конечно, для полного снятия диффузионных ограничений необходимо, чтобы пластина была атомных Кристаллизация эвтектических сплавов
113
размеров, так что диффузионные пути измерялись бы одним — двумя межатомными расстояниями. Пластины могли бы быть такой малой ширины, если бы это не приводило к образованию огромного числа границ между ними. Увеличение протяженности границ раздела в системе приводит к увеличению ее энергии, и, следовательно, система стремится к уменьшению протяженности границ. При заданной скорости кристаллизации ширина пластины определяется совокупностью факторов, связанных со стремлением системы к уменьшению путей диффузии и уменьшению протяженности межпластинчатых границ.
Эта качественная картина роста пластинчатых эвтек-тик не является еще законченной, но она может служить многообещающим началом.
§ 3. Кристаллизация сплавов, образующих эвтектики непластинчатого типа
Многие положения, предложенные для объяснения процессов роста пластинчатых эвтектик, справедливы и для эвтектик стержневого типа, так как и в этом случае имеет место рост эвтектики, возникшей в результате зарождения и роста кристаллов двух фаз и обладающей правильным расположением составляющих и общей поверхностью раздела. Эвтектики же глобулярного и игольчатого типа представляют собой более сложные образования. Обычно наблюдаемые в этих эвтектиках структуры являются результатом непрерывного гетерогенного зарождения второй фазы в жидкости впереди фронта кристаллизации; это подтверждается произвольной ориентировкой частиц прерывной фазы по отношению к матрице. Вследствие этой беспорядочной ориентировки эвтектики в таких системах, как Al—Si, Pb—Sb и др., называются «аномальными». Этот термин является весьма неудачным, так как он подразумевает появление чего-то необычного при образовании структур в этих сплавах, между тем, как было показано в гл. 8, зарождение кристаллов перед фронтом кристаллизации в действительности довольно часто наблюдается при кристаллизации сплавов. Однако в эвтектических сплавах
8 У. Вайнгард 114
Г лава 10
образуются центры кристаллизации не матрицы, а частиц второй фазы, что приводит к уменьшению градиента концентрации и переохлаждения. В результате роста возникшего зародыша кристаллы второй фазы примут неправильную (игольчатую) форму, если они обладают анизотропией роста, и глобулярную форму, если скорость роста кристаллов во всех направлениях приблизительно одинакова.
Можно привести ряд примеров эвтектической кристаллизации, когда вторая фаза возникает в самом конце процесса кристаллизации. В таких случаях обычные формы эвтектики не образуются, а вторая фаза выделяется по границам зерен, где кристаллизация происходит в последнюю очередь. Наблюдаемая при этом структура напоминает структуру дендритной ликвации в сплавах, образующих твердый раствор, и могла бы быть спутана с нею, если бы состав сплава не являлся эвтектическим. Эвтектика этого типа называется разъединенной (divorced).
§ 4. Зерна, ячейки и распределение фаз в эвтектических сплавах
В гл. 7 было показано, что в сплавах типа твердого раствора наличие примеси может вызывать образование ячеистой субструктуры. Так как при росте эвтектики каждая пластина отводит некоторое количество примеси, целесообразно рассмотреть вопрос о возможности образования ячеистой субструктуры в эвтектических сплавах. Рассмотрим рост пластин эвтектики, образованной из очень чистых компонентов — свинца и олова, и при этом будем считать, что возникшие пластины олова будут отталкивать только атомы свинца, а пластины свинца — только атомы олова. Эксперименты, проведенные с этой системой, показывают, что в таких условиях ячеистая субструктура не образуется, так как примесь всегда может быть усвоена (аккомодирована) твердой фазой при простом изменении X, приводящем к уменьшению путей диффузии примеси.
