Растворимость легирующих

Тройные системы можно классифицировать по тем же принципам, что и двойные, учитывая растворимость компонентов в твердом и жидком состояниях и склонность их к образованию химических соединений. Очевидно, что диаграмм тройных систем различных типов будет гораздо больше, чем диаграмм двойных систем. В задачу данного курса не входит рассмотрение разнообразных тройных диаграмм состояний, поэтому ограничимся рассмотрением в общих чертах процессов кристаллизации в тройной системе, где эти три компонента не растворимы в твердом состоянии и не образуют химических соединений.

На рис. )23 приведена диаграмма Pb—Sn—Bi, аналогичная диаграмме, показанной на рис. 120 (ограниченная растворимость компонентов в твердом состоянии не показана).

Строение сплавов зависит от характера взаимодействия компонентов. Это взаимодействие может быть основано на способности компонентов вступать в химическую связь или растворяться друг в друге не только в жидком состоянии, но и в твердом; в последнем случае сплав приобретает структуру твердого раствора. Растворимость компонентов в твердом состоянии может быть неограниченной и ограниченной, причем степень ограничения растворимости в зависимости от природы компонентов изменяется в широких пределах.

Палладий—золото. В системе Pd—Аи наблюдается неограниченная растворимость компонентов друг в друге (фиг. 34). Все сплавы системы Pd—Аи пластичны и легко обрабатываются. Сплавы, богатые Pd, при нагревании покрываются цветами побежалости. Сплавы, содержащие более 20% Аи, не растворяются в азотной кислоте. Высокая температура плавления и коррозионная стойкость позволяют применять эти сплавы для химической посуды. Сплав 60% Аи и 40% Pd в паре со сплавом 90% Pt и 10% Rli применяется для чувствительных термопар и пригодных для измерения температуры до 1200°С с очень высокой термоэлектродвижущей силой. Различные сплавы палладия с золотом применяются для электрических контактов. Малая разница между точками солидуса и ликвидуса позволяет применять эти сплавы для плавких предохранителей.

Платина—палладий—золото. В этой системе наблюдается ограниченная растворимость вблизи стороны Pt—Аи. Растворимость компонентов друг в друге значительно увеличивается при закалке; поэтому некоторые сплавы системы

Во введении (гл. 1) композитные системы были разделены на три класса. В первый класс входят композиты, образованные из нереагирующих и взаимно нерастворимых компонентов; во вторим классе допускается некоторая растворимость компонентов без участия химической реакции; третий класс включает системы, образованные реагирующими компонентами. Из этой общей классификации исключены физико-химический и механический аспекты связи. Последний вопрос обсуждался в гл. 2, а первый будет рассмотрен ниже.

< AG7] < AG^iC — AG^oC . Реальное значение AGr, учитывающее все особенности взаимодействия в данной тройной системе — взаимную растворимость компонентов взаимодействия, температуру, образование других промежуточных фаз (например, АХЕЯ на рис. 1) — можно получить из экспериментальных данных о фазовых равновесиях в этой системе:

Сделан обзор результатов исследования диаграмм состояния двойных систем германия с лантаном, церием, празеодимом и неодимом. Приведены предварительные сведения о строении диаграмм состояния систем германий — гадолиний и германий —• самарий. Проанализированы сходные черты в строении диаграмм состояния указанных систем. Во всех системах взаимная растворимость компонентов в твердом состоянии незначительна. При содержаниях германия 10 и. 85 ат.% в системах образуются эвтектики. В средней части систем образуются тугоплавкие соединения составов, отвечающих формулам R5Ge3, R5Ge4, RGe и R3Ge5, где R — редкоземельный металл. Кроме того, в некоторых системах редкоземельных металлов с германием образуются соединения составов R3Ge, R4Ge3 и R2Ge3. Германиды составов R2Ge3 и R3Ge5 обладают дефектными кристаллическими решетками и полиморфны. Табл. 1, рис. 6, библиогр. 19.

Палладий—золото. В системе Pd—Аи наблюдается неограниченная растворимость компонентов друг в друге (фиг. 34). Все сплавы системы Pd—Аи пластичны и легко обрабатываются. Сплавы, богатые Pd, при нагревании покрываются цветами побежалости. Сплавы, содержащие более 20% Аи, не растворяются в азотной кислоте. Высокая температура плавления и коррозионная стойкость позволяют применять эти сплавы для химической посуды. Сплав 60% Аи и 40% Pd в паре со сплавом 90% Pt и 10% Rli применяется для чувствительных термопар и пригодных для измерения температуры до 1200°С с очень высокой термоэлектродвижущей силой. Различные сплавы палладия с золотом применяются для электрических контактов. Малая разница между точками солидуса и ликвидуса позволяет применять эти сплавы для плавких предохранителей.

Платина—палладий—золото. В этой системе наблюдается ограниченная растворимость вблизи стороны Pt—Аи. Растворимость компонентов друг в друге значительно увеличивается при закалке; поэтому некоторые сплавы системы

Ввиду того, что при 20 °С растворимость компонентов припоев в a-Ti значительно ниже предельной, указанной в табл. 8, после пайки припоями, содержащими никель, кобальт, марганец, получить структуру, состоящую из твердого раствора, можно лишь в случае применения весьма продолжительных выдержек и при тол-

Углерод чаще повышает растворимость легирующих элементов в у-раетворе (аустепите), сдвигая точку у вправо (рис. 81, а). В сплавах с открытой у-областыо углерод повышает устойчивость аустенита до более низких температур, что приводит к сдвигу линий, соответствующих а ~> Y-превращению (рис. 81, а, точка х) влево.

По мере повышения температуры Сг.„ будет возрастать вплоть до достижения Сг.р Интенсивность изменений Сг.„и степень приближения ее к Сг.р будут тем больше, чем больше коэффициент диффузии растворенного элемента и чем меньше скорости нагрева и охлаждения. При дальнейшем возрастании температуры Сг.н будет снижаться, согласуясь с зависимостью изменения СГ.Р от температуры (рис. 13.15,а). Начнется процесс «рассасывания» сегрегата на границах, т. е. гомогенизация помимо внутренних объемов зерна распространится на приграничные области. При охлаждении процесс развивается в сторону повышения Сг.„ до достижения Сг.р (рис. 13.15,6). При нагреве свыше температуры неравновесного солидуса Гс.н происходит оплавление приграничных участков зерен. При этом границы зерен как поверхности раздела исчезают. Более высокая растворимость легирующих элементов и примесей в жидком металле обусловливает насыщение ими оплавленных участков в результате направленной диффузии из твердой в жидкую фазу до концентрации С0.г- Степени МХН в данном случае соизмеримы с МХН в литом металле. Рассмотренный случай перераспределения примесей характерен для непосредственно примыкающего к линии сплавления участка ОШЗ сварных соединений, нагреваемого выше Гс.н-

Введение малых количеств (до 1%) многих легирующих элементов приводит к понижению твердости, так как эти элементы являются раскислителями. Однако при одном и том же содержании легирующих элементов твердость молибденовых сплавов будет тем выше, чем меньше растворимость легирующих элементов в молибдене. Наибольшее повышение твердости дает легирование молибдена бором и кремнием. В меньшей мере повышает твердость молибдена никель, кобальт, железо, алюминий, хром, цирконий. Не-

Температура Растворимость легирующих элементов в вес. %

Температура Растворимость легирующих элементов в вес. %

Хорошая растворимость легирующих Открытая структура о.ц.к.

Главная причина жизнеспособности суперсплавов в том, что они сохраняют выдающуюся прочность в интервале температур, при которых работают детали турбины. Их плотноупакованная решетка г.ц.к. обеспечивает длительную сохранность относительно высокого сопротивления активному растяжению, высокой длительной прочности, стойкости против ползучести и термомеханической усталости. Эти свойства длительно сохраняются вплоть до гомогологических температур значительно более высоких, чем у эквивалентных систем с решеткой о.ц.к. Свой вклад дают и такие характеристики решетки г.ц.к., как высокий модуль упругости, обилие систем скольжения, низкий коэффициент диффузии легирующих элементов. Для прочности сплавов чрезвычайно важна высокая растворимость легирующих элементов в аустенитной матрице, их физико-химические характеристики, обеспечивающие выделение в процессе старения таких интерметаллидных фаз, как у' и у''. Упрочнения можно достичь также за счет легирования твердого раствора, выделения карбидных фаз в процессе старения и использования их для управления границами зерен за счет направленной кристаллизации и соз-

Растворимость легирующих элементов> в феррите и аустените. Растворимости большинства легирующих элементов в феррите и аустените благоприятствует их близость к железу в периодической системе Менделеева и, следовательно, небольшая разница в атомных диаметрах, а также подобие кристаллических решеток.

0246 8 10 12 14...,% Рис. 6.5. Растворимость легирующих элементов

Алюминиевые и магниевые сплавы склонны к пережогу при нагреве нх на 5—10 °С выше температуры солидуса. Поскольку температура нагрева перед закалкой алюминиевых сплавов средней и высокой прочности близка к температуре их солидуса (так как растворимость легирующих элементов в алюминии максимальна при температуре эвтектики), пайка таких сплавов выше темпера-

Практически любой из элементов, применяемых для легирования сталей, может вызвать старение мартенсита, причем интенсивность упрочнения часто достигается при введении малых добавок второго компонента. Мартенсит замещения образуется при введении Ni, Mn и Сг — элементов, резко ограничивающих и без того малую растворимость легирующих элементов в а-железе. Кроме того, распад твердого раствора протекает в матрице, имеющей высокую плотность дислокаций (10"...1012см~2) [5]. Облегчение условий для гетерогенного зарождения упрочняющих комплексов способствует тому, что распад твердого раствора на разных стадиях происходит по всему объему с высокой скоростью и степенью равномерности.