Аллотропического превращения

Вторая группа. Если в сплавах при нагреве происходит фазовое превращение (аллотропическое превращение, растворение второй фазы и т. д.), то нагрев выше некоторой критической температуры вызывает изменение в строении сплава. При последующем охлаждении произойдет обратное превращение. Если охлаждение достаточно медленное, то превращение будет полное и фазовый состав будет соответствовать равновесному состоянию.

Аллотропическое превращение в • стали (P-Fe -> y-Fe) Частичная диссоциация Ре2Оз

При температуре t& (точка п3) аллотропическое превращение заканчивается, и при более низкой температуре сплав имеет однофазную структуру а-твердого раствора. В сплавах, находящихся

К старению металлов и сплавов следует относить все процессы изменения во времени их свойств, связанные с превращениями металлов и сплавов в твердом состоянии. К основным видам превращений в твердом состоянии относятся: аллотропическое превращение, мартенситное превращение и распад мартенситных твердых растворов, упорядочение и разупрочнение твердых растворов, образование твердого раствора из эвтектоидной смеси.

Аллотропическое превращение железа, вызывая напряжения, обусловленное объемным эффектом превращения, повышает Нс и понижает проницаемость. В твердых растворах внедрения Яс растет вместе с содержанием растворенной примеси, причем в значг тельной степени при малых концентрациях. Влияние наклепа на ферромагнитные свойства неупорядоченных твердых растворов в основном такое же, как и для чистых металлов.

Аллотропическое превращение железа, вызывая напряжения, обусловленное объемным эффектом превращения, повышает Яс и понижает проницаемость. В твердых растворах внедрения Яс растет вместе с содержанием растворенной примеси, причем в значительной степени при малых концентрациях. Влияние наклепа на ферромагнитные свойства неупорядоченных твердых растворов в основном такое же, как и для чистых металлов.

при превращении нестабильной части р-фазы, однако в некоторых случаях аллотропическое превращение происходит столь быстро, что Р-фаза вообще не фик-

в большинстве сплавов титана с Р-стабилизаторами можно закалкой зафиксировать нек-рое количество р-фазы, зависящее от концентрации сплава it темп-ры закалки; однако в некоторых сплавах титана с Р-стабилизаторами, напр. Ti—'Si, аллотропическое превращение происходит столь быстро, чтор-фаза закалкой не фиксируется.

турой закалки и комнатной температурой, — может быть проиллюстрирован закалкой стали. Диаграмма состояния Fe—Ре,С показана на рис. 4.31. Железо имеет аллотропическое превращение при 910 °С; в процессе нагревания Ре„, имеющее кубическую объем-ноцентрированную решетку, переходит в FeY с кубической гране-центрированной решеткой. При этом происходит уменьшение плотности на 3% и увеличивается в десятки раз растворимость углерода. Резкая закалка эвтектоидной стали, содержащей углерод в количестве 0,8%, позволяет зафиксировать FeY и растворенный в нем углерод в очень неустойчивой при комнатной температуре структуре, носящей название аустенит. Эта структура практически всегда переходит в другую, несколько более равновесную, — мартенсит. При менее резкой закалке получается одна из следующих структур: тростит; сорбит, перлит; перлит получается и при медленном охлаждении. Все эти структуры отличаются лишь степенью дисперсности механической смеси; самой тонкой из трех последних обладает тростит. Мартенсит обладает очень высокими прочностью и твердостью (НВ =600 -4- 700 кГ/мм2; см. § 4.10, раздел 7) и низкими пластичностью (8 == 2%) и ударной вязкостью (1 кГм/см?; см. § 4.10, раздел 5) и имеет строение Fea, но сильно искаженное атомами углерода, внедренными в решетку. В мартенсите закалкой зафиксирован пересыщенный раствор углерода в железе, которое все же успело перейти из FeY в Fea. Закалка стали снижает модуль упругости на «~ 10%.

Старением металлов и сплавов следует считать процессы изменения их свойств в зависимости от времени, связанные с любыми превращениями металлов и сплавов в твердом состоянии. По данным Я. С. Уманского и других исследователей к основным видам превращений в твердом состоянии относятся: полиморфное (аллотропическое) превращение, мартенситное превращение и распад мартенситной структуры, растворение в твердом состоянии и распад пересыщенных твердых растворов, упорядочение и разупрочнение твердых растворов, образование твердого раствора из эвтектоидной смеси и эвтектоидный распад.

при превращении нестабильной части р-фазы, однако в некоторых случаях аллотропическое превращение происходит столь быстро, что Р-фаза вообще не фик-

Образовавшиеся в затвердевшем металле шва в результате первичной кристаллизации столбчатые кристаллиты имеют аусте-нитную микроструктуру (диаграмма состояния системы Fe—С сплавов на рис. 109, справа). При дальнейшем охлаждении металла, при температуре аллотропического превращения Ас3 начинается процесс перестройки атомов пространственной решетки — перекристаллизация. В результате перекристаллизации происходит распад части аустенита и превращение его в феррит. Так как растворимость углерода в феррите меньше, чем в аустените, выделяющийся углерод вступает в химическое соединение с железом, образуя цементит.

Запас свободной энергии зависит от температуры. Поэтому в одном интервале температур более устойчивой является модификация а, а в другом — модификация р и т. д. Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, носит название температуры полиморфного (аллотропического) превращения. Так, железо имеет две температуры полиморфного превращения: 911 .и 1392°С.

ции из жидкого состояния. Кривые зависимости с. к. и ч. ц. от степени переохлаждения для аллотропического превращения имеют тот же вид, что и для кристаллизации из жидкого состояния (рис. 29). Следует отметить большую склонность к переохлаждению три аллотропических превращениях в твердом состоянии.

Магнитное превращение имеет ряд особенностей, отличающих его от аллотропического превращения.

Эти особенности существенно отличают магнитное превращение от аллотропического. Типичными для аллотропического превращения являются изменение кристаллической решетки, перекристаллизация и тепловой гистерезис превращения.

Хром имеет одну модификацию, которая кристаллизуется в объемноцент-рЕршанной решетке изоморфной Ре„ . Хром понижает обе точки аллотропического превращения железа, но так как точка А4 снижается быстрее чем А3, то в конце концов обе точки сливаются, область замыкается при 13% Сг.

Характер изменения температурной зависимости скорости окисления железа в области аллотропического превращения (см. рис. 85) указывает на то, что при высоких температурах более

Температура полиморфного (аллотропического) превращения характеризует интервал, в котором осуществляется переход элемента из одной модификации в другую. Так у Fe существуют две температуры полиморфного превращения: 911 и 1392° С. Но полиморфизм Fe является специфическим.

Титановые сплавы. Титан имеет две аллотропические модификации. До 882°С существует ot-титан с гексагональной атомно-кристаллической решеткой, выше — р-титан с ОЦК-решеткой. Введение легирующих элементов значительно изменяет температуру аллотропического превращения и области а- я р-фаз.

Стабилизаторами ос-фазы являются Al, Zn, Sn и Zr, повышенное содержание которых приводит к образованию однофазных ос-сплавов. Стабилизаторами р-фазы являются Сг, Мо, Мп, V, Си, Со и Fe, которые снижают температуры аллотропического превращения вплоть до минусовых и способствуют образованию однофазных р-сплавов. При определенном соотношении а- и р-стабилизаторов получаются смешанные (а + р)-сплавы.

Из диаграммы фазового равновесия системы железо— кремний (рис. 102) следует, что сталь, содержащая более 2,5% Si, относится к ферритному классу. Отсутствие аллотропического превращения позволяет получить