Кристаллизации эвтектики

Рассмотрим кристаллизацию некоторых сплавов. Так, в сплавах, содержащих до 0,1 % С, кристаллизация заканчивается при температурах, соответствующих линии А Н, с образованием б-форрнта

Рассмотрим сплав I. В точке / начинается процесс кристаллизации, выделяются кристаллы твердого раствора а, концентрация которого изменяется по кривой а—2, а состав жидкой фазы — по кривой /—Ъ. В точке 2 кристаллизация заканчивается, и полученные кристаллы твердого раствора для равновесной кристаллизации должны иметь концентрацию исходного жидкого сплава. Ниже точки 3, лежащей

До концентрации 1,7% С кристаллизация сплава заканчивается образованием твёрдого раствора углерода в -(-железе, называемого аустенитом (при малых концентрациях углерода образуется твёрдый раствор углерода в 5-железе). В более богатых углеродом сплавах кристаллизация заканчивается образованием эвтектики — механической смеси, состоящей из аустенита и цементита, называемой ледебуритом (точка С; содержание в сплаве 4,30/0 С).

Рассмотрим кристаллизацию некоторых сплавов. Так, в сплавах, содержащих до 0,1 % С, кристаллизация заканчивается при температурах, соответствующих линии АН, с образованием б-феррита (см. рис. 83). В сплавах, содержащих 0,1—0,16 % С, по достижении температур, отвечающих линии АВ, из жидкой фазы начинают выделяться кристаллы б-феррита, и сплав становится двухфазным (жидкий сплав и кристаллы б-феррита). Состав б-феррита при понижении температуры меняется по линии солидус, а состав жидкого сплава — по линии ликвидус. При температуре 1490 °С в равновесии находятся б-феррит состава точки Н (0,1 % С) и жидкая фаза состава точки В (0,51 % С).

При увеличении продолжительности релаксационного отжига аморфных сплавов в них начинается фазовое расслоение и кристаллизация. Протекание этих процессов зависит не только от химического состава, но и от скорости нагрева при отжиге. В большинстве случаев при достаточно быстром нагреве кристаллизация заканчивается еще до достижения Tg, но, например, в сплавах си-

Кроме того, при достаточно высоком нагреве появляется возможность для перемещения атомов на большие расстояния (диффузия) и начинается процесс кристаллизации. На рис 41 начало кристаллизации соответствует температуре Тх. Видно, что при этом объем резко уменьшается.1. В большинстве аморфных сплавов кристаллизация начинается ниже Tg (линия Яд), но аморфное состояние еще стабильно, так как кристаллизация заканчивается выше температуры Т8 (линия Яв). Например, на рис. 4.2 показана зависимость удельной теплоемкости аморфного сплава Ji32P2o от температуры (скорость нагрева 20 К/с). При нагре-

На рис. 11 показаны кривые охлаждения металлов. Сначала происходит охл-аждение жидкого металла — участок аб (рис. 1.1, а). Затем в точке б температура снижается настолько, что в жидком металле появляются первые кристаллы. После этого на некоторое время снижение температуры приостанавливается. Тигель продолжает терять тепло в окружающую среду, но это тепло компенсируется скрытой теплотой кристаллизации. Когда кристаллизация заканчивается (точка в), температура опять плавно снижается, твердый металл остывает.

ствуют сплавам, у которых компоненты и в жидком, ив твердом состоянии образуют раствор. Для таких сплавов возможно образование двух фаз: жидкого сплава и твердого раствора. К таким сплавам относят медь - никель, железо - никель, железо - хром, кобальт - хром и др. Диаграммы их состояния строят так же, как диаграммы 1-го рода, на основании анализа кривых охлаждении сплавов с различным содержанием составляющих их компонентов. Рассмотрим диаграмму состояния сплавов медь - никель (рис. 2.4). Кривая 1 является кривой охлаждения чистой меди с температурой кристаллизации 1083 °С, кривая 5 — кривая охлаждения никеля с температурой кристаллизации 1452 °С. Кривая 2 характерна для кристаллизации сплава, содержащего 20 % никеля. Кристаллизация этого сплава начинается в точке а, при этом образуется кристаллическая решетка меди, в которой имеется 20 % никеля. В точке b кристаллизация заканчивается. Аналогично кристаллизуются сплавы с содержанием 40 % (кривая 3) и 80 % никеля (кривая 4), но точки начала (а1 и аг) и конца (Ь1 и Й2) кристаллизации у первого сплава ниже, чем у второго. Все точки начала и конца кристаллизации меди, никеля и указанных выше сплавов переносятся на диаграмму (рис. 2.4, справа). Соединяя эти точки, получим линии ликвидус АаВ и солидус АЬВ. Выше линии АаВ сплав меди с никелем находится в жидком стоянии, а ниже линии АЬВ — в твердом. В зоне между линиями АаВ и АЬВ имеются две фазы: жидкий сплав и кристаллы твердого раствора никеля и меди.

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии ( диаграмма состояния III рода). Данная диаграмма характеризует сплавы, у которых компоненты неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно — в твердом и получающиеся твердые растворы образуют эвтектику. К таким сплавам относятся алюминий-медь, магний-алюминий, магний-цинк и др. Рассмотрим этот тип диаграммы в общем виде ( рис. 2.6). В сплаве могут существовать три фазы — жидкий сплав, твердый раствор а компонента В в компоненте А и твердый раствор р компонента А в компоненте В. Твердые растворы обозначены здесь строчными греческими буквами, а компоненты — заглавными латинскими буквами. Данная диаграмма содержит в себе элементы двух предыдущих. Линия АСВ является линией ликвидус, линия ADCEB — линией со-лидус. По линии АС начинают выделяться кристаллы твердого раствора а, по линии СВ — твердого раствора р. Левее точки D кристаллизация заканчивается образованием структуры однородного твердого раствора a, a правее точки Е — однородного твердого раствора р. Точ-

На участке DE кристаллизация заканчивается с образованием эвтектики. В данном случае эвтектика состоит не из механической смеси двух компонентов, как на диаграмме I рода, а из механической смеси твердых растворов аир. Сплав соответствующий точке С диаграммы называется эвтектическим. Все сплавы, расположенные межу точками D и С, называются доэвтектическими, а между точками С и Е — заэвтектическими. После образования эвтектики в доэвтектическом сплаве также будет

Чугуны, содержание более 4,3 % углерода, называют заэвтектическими. Их кристаллизация начинается при температурах, лежащих на линии CD. При этом выделяется первичный цементит. Кристаллизация заканчивается при температуре 1147 °С по линии CF образованием ледебурита. Получившаяся структура остается неизменной. В составе ледебуритной эвтектики при температуре 727 С аустенит переходит в перлит. Структура заэвтектических чугунов состоит из ледебурита и первичного цементита.

Микросварку давлением осуществляют при температурах, при которых образуется эвтектика соединяемых пар—металла про-водпика и металлической пленки диэлектрика. Соединение возникает за счет межатомных сил связи па тех участках, где вследствие выдавливания эвтектики образовался контакт ювепиль-ньтх поверхностей, либо на участке кристаллизации эвтектики. Однако эти способы сварки сильно деформируют проводник в зоне сварки, снижают механическую прочность соединения и дают соединение с высоким переходным сопротивлением. Поэтому в настоящее время для этих целей успешно применяют сварку плавлением, используя луч лазера.

Кривая охлаждения сплава эвтектической концентрации показана на рис. 93,6. На кривой охлаждения отрезок 0—2 соответствует охлаждению жидкого сплава, отрезок 2—2' — кристаллизации эвтектики и 2'—3 — охлаждению закристаллизовавшегося спла'ва.

1 При наличии одновременно трех фаз в двойной системе количество их нельзя определить, так как в процессе кристаллизации количество их непрерывно меняется. Так, в диаграмме, I рода три фазы могут сосуществовать при температуре кристаллизации эвтектики, когда в равновесии находятся три фазы, концентрационные точки которых расположены на одной горизонтали, т. е. жидкость концентрации С, кристаллы А концентрации D и кристаллы В концентрации Е (см. рис. 93). В процессе кристаллизации количество жидкой фазы С уменьшается, а количества твердых фаз увеличиваются, концентрация же фаз не меняется.

Превращение протекает аналогично кристаллизации эвтектики, но исходным маточным раствором является не жидкость, а твердый раствор. В отличие от кристаллизации эвтектики из жидкости подобное превращение называется не эвтектическим, а эвтектоидным, а смесь полученных кристаллов — эвтектои-дом.

Введение морификатора1 затрудняет кристаллизацию кремния. В результате температура выделения кремния и кристаллизации эвтектики понижается (рис. 429). Кристаллизация эвтектики происходит при более низких температурах, и, следовательно, продукты кристаллизации становятся более мелкозернистыми. Заэвтектический сплав с 12—13% Si, как показано на рис. 429, в результате смещения линии начала кристаллизации кремния и кристаллизации эвтектики к более низкой температуре становится доэвтектическим.

Процесс кристаллизации эвтектики протекает при постоянной температуре t3, так как согласно правилу фаз при одновременном существовании трех фаз постоянного состава (Ж0 «,, и р1,,) система иоивариантна (С ~ 2+1 — 3 = 0). Ыа кривой охлаждения (см. рис. 60, а) при кристаллизации эвтектики образуется площадка. Следовательно, после затвердения сплав состоит из первичных кристаллов а и эвтектики (я + р). Любой доэвтектическин сплав, соответствующий составу, находящемуся между точками / и э, так же состоит из двух фаз а и р и имеет те же структурные составляющие. На рис. 52, г показана микроструктура доэвтектического сплава Pb—Sb.

Линия ECF (линия солидус) соответствует кристаллизации эвтектики — ледебурит х: Жс -> АЕ + Fe3C.

На кривой охлаждения при кристаллизации эвтектики (ледебурита) отмечается площадка (рис. 76). Доэвтектические сплавы после затвердевания имеют структуру аустенит -(- ледебурит (А + Ь Fe:,C) (см. рис. 78). Эвтектический сплав (4,3 % С) затвердевает при постоянной температуре с образованием только эвтектики — ледебурита (рис. 76).

В результате модифицирования На или NaF+NaCl структура значительно изменяется, поскольку сплав становится доэвтектичес-ким (светлые первичные включения А1 и мелкозернистая эвтектика). При этом температура выделения Si и кристаллизации эвтектики понижается с 574 до 564° С, а концентрация Si в эвтектике увеличивается до 13% (рис. 18.14).

прямой DCE. Это подтверждается и расчетом. Например, при температуре DCE в равновесии находятся три фазы: ЖИДКИЙ сплав исходного состава (С0) и два твердых рас-твора: а состава D и (J состава Е, т. е. Ж —»«0 + Ря. Смесь двух фаз (или более), одновременно или попеременно кристаллизующихся из жидкой фазы при постоянной температуре, называется эвтектикой. Число степеней свободы при кристаллизации эвтектики равно нулю (с = 2 — 3 + 1 =0). Это свидетельствует о том, что ни один из факторов равновесия (температура, концентрация) не может быть изменен без нарушения числа фаз системы. Поэтому на кривой охлаждения наблюдается горизонтальный участок (1—/'). Температура, при которой возникает эвтектика, называется эвтектической, а состав сплава, соответствующий точке С — эвтектическим. Изотермический процесс кристаллизации эвтектики свидетельствует о выделении теплоты кристаллизации. Таким образом, эвтектическая структура в рассматриваемой

Кривая охлаждения доэвтектического сплава 77 приведена на рис. 72. В интервале температур 0—I (с = 2) можно задавать состав расплава и одновременно изменять его температуру (охлаждать). Начало кристаллизации твердого раствора ос соответствует точке 1. В интервале кристаллизации 1—2 состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус от точки / до точки С, в то время как состав твердого раствора изменяется по линии соли-дус от точки d до точки D. Процесс осуществляется при переменной температуре, поскольку с = 1. Таким образом, при достижении температуры, соответствующей точке 2, жидкая фаза приобретает эвтектическую концентрацию и превращается в смесь двух твердых растворов (а + р). После окончания кристаллизации эвтектики структура сплава состоит из первичных кристаллов а и эвтектики сх + р.