Растворимости легирующих

Рис. 84. Кристаллические решетки твердого раствора замещения при неограниченной растворимости компонентов

Рлс. 50. Построение диаграммы состояния для случая неограниченной взаимной растворимости компонентов Л и В:

Рис. 57. Диаграмм;: состояния для случая неограниченной растворимости компонентов Л и В (а) и зависимость твердости (1Ш) и литейных свойств (Ур —объем усадочной раковины, ^с — суммарное изменение объема, Vп — пористость) от состава сплава (б)

В некоторых сплавах после пх затвердевания, т. е. в твердом состоянии, происходят фазовые превращения. Они вызываются полиморфными превращениями компонентов и распадом твердого раствора в связи с изменением взаимной растворимости компонентов в твердом состоянии.

С понижением температуры р-твердый раствор распадается вследствие ограниченной растворимости компонентов в «-модификации. Линии ас и be соответствуют температурам начала распада р-твер-дого раствора. При температурах ниже линии ас в равновесии находятся кристаллы твердых растворов РИМ, состав которых определяется линиями ас (р-фаза) и ad (а-фаза).

Ряд составов магниевых сплавов, как и алюминиевых, может быть упрочнен закалкой и старением. Способность сплавов к упрочнению связана с изменением растворимости компонентов сплавов (Al, Zn, Zr и др.) в магнии в зависимости от температуры. Нагрев приводит к растворению избыточных фаз (MgZru, Al;,Mg,, Mg..,A!2Zna и т. д.) и получению после закалки пересыщенного твердого раствора. В процессе старения происходит выделение упрочняющих фаз. Особенностью магниевых сплавов является малая скорость распада твердого раствора, поэтому фазовые превращения протекают медленно. Это требует больших выдержек при искусственном старении (4 --24 ч). По этой же причине возможна закалка на воздухе. Многие сплавы принимают закалку при охлаждении отливок или изделий после горячей обработки давлением на воздухе, а следовательно, они могут упрочняться при искусственном старении без предварительной закалки.

В металлах и сплавах в твердом состоянии фазовые превращения вызываются полиморфными превращениями, растворением или выделением фаз из твердых растворов в связи с изменением взаимной растворимости компонентов. Движущей силой превращений служит разность свободных энергий (термодинамических потенциалов в случае, если при превращении возникают высокие внутренние давления) исходной и образующихся фаз. При этом могут происходить два отличающихся своим механизмом типа превращений: диффузионное и бездиффузионное (мар-тенситное).

Как показали исследования, пластическое деформирование со скоростями 1...200 с'1 приводит во всех случаях к образованию растворов с концентрациями компонентов, превышающими их предельные значения для равновесных условий, более того, при отсутствии растворимости наложение импульсных воздействий способствует появлению взаимной растворимости компонентов, достигающей значительной величины вплоть до 30...40%.

Аналитический аппарат граничной кинетики растворения позволяет анализировать диффузионные процессы массопереноса на стадии затекания расплава в капилляр, формируемый между частицами порошка, и при формировании адгезионных соединений при использовании импульсных источников нагрева. Установлено, что с уменьшением величины слоя (< 50 мкм) вклад граничной Кинетики растворения в общее время насыщения возрастает, достигая 40%. Теоретически предсказан и экспериментально подтвержден маятниковый механизм движения межфазной границы при растворении в капиллярном зазоре, а также механизм аномального движения границы в сторону жидкой фазы на начальных стадиях растворения при использовании импульсных источников нагрева. Обнаружено и изучено явление аномальной «растворимости» компонентов твердой фазы в малых капиллярных зазорах.

В зависимости от условий растворимости компонентов друг в друге в твердом состоянии различают четыре основные диаграммы состояния I, II, ill и IV рода.

1. Начертите диаграмму состояния для случая неограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии. Охарактеризуйте структуру образующихся сплавов.

Использование кобальта в качестве основы жаропрочных, прецизионных и магнитных сплавов связано с тем, что со многими элементами (Fe, Ni, Cr, Mo и др.) он образует широкие области твердых растворов. Снижение растворимости легирующих элементов в твердом растворе при понижении температуры приводит к образованию химических соединений и при соответствующей термической обработке позволяет получать кобальтовые сплавы с высокодисперсной гетерогенной структурой.

не менее 0,8 м/сек. Темп-pa нагрева под закалку определяется природой сплавов (табл. i), она выше границы растворимости легирующих элементов, но не превышает темп-ры солидуса. Длительность нагрева зависит от вида и толщины полуфабриката (табл. 2).

Коррозионное поражение материалов в среде лития проявляется в обезуглероживании поверхностного слоя и растворимости легирующих, добавок в жидком металле. При этом никель вымывается из материала более интенсивно, чем хром.

Полиморфные превращения (способность веществ в зависимости от внешних условий кристаллизоваться в различных формах) имеют огромное практическое значение, так как, благодаря различной растворимости легирующих элементов в высоко- и низкотемпературных модификациях, путем термической обработки можно получать желаемую структуру и изменять в огромном диапазоне физико- химические свойства металлических сплавов.

Таким образом, по растворимости легирующих элементов в железе твердые растворы подразделяют на непрерывные ограниченные с широкой областью гомогенности, ограниченные с узкой областью гомогенности, с незначительной растворимостью

На рис 13 представлена схема растворимости легирующих элементов в а- и уокелезе, построенная на основе данных, соответствующих диаграмм состояния железо — легирующий элемент Схема дана в виде части периодической системы элементов, в нее вошли практически все легирующие элементы, образующие на основе железа твердые растворы по типу замещения

Рис 13 Схема растворимости легирующих эле меитов в а и v железе (обобщение литературных .. данных)

Значения предельной растворимости легирующих элементов в железе зависят от взаимного расположения этих элементов в периодической системе Наибольшую растворимость в железе имеют элементы, находящиеся в том же пе риоде, что и железо, а также расположенные в наиболее бчизких к нему V—VIII группах Как известно, по мере удаления от железа увеличивается различие в строении внешних d и s электронных оболочек d переходных металлов, изменяется металлическая валентность и электрохимические свойства элементов, т е обычно говорят, что изменяется сродство кэлектрону В свою очередь электронное строение определяет и атомные размеры элементов Поэтому как размерный фактор, так и сродство к электрону являются связанными между собой параметрами, определяющими растворимость элементов в железе

Как правило, мартенситно стареющие стали общего на значения содержат 8—20 % Ni При добавлении к железу 4—8 % Ni происходит снижение температуры у-^-а превра лцения, и после закалки образуется мартенсит замещения Введение 8—12 % Ni с одновременным легированием Ti, -Al, Mo и другими элементами приводит к развитию старе ния благодаря уменьшению растворимости легирующих элементов в мартенсите, с повышением содержания никеля до 12—20 % увеличивается сопротивление хрупкому разрушению благодаря высокой подвижности дислокаций и об легченного поперечного скольжения в железоникелевой матрице

частиц интерметаллидов типа Мз, NiTi, F Ni3(Ti, Al). Если интерметаллидные фазы находятся на стадии предвыделения, когда они еще когерентно связаны с твердым раствором и имеют очень малые размеры, то в этом случае достигается наибольшее упрочнение. Кобальт, как легирующий элемент, не вызывает старения мартенсита Fe—Ni-стали. Легирование кобальтом некоторых МСС приводит к дополнительному упрочнению при нагреве. Это обусловлено двумя причинами: уменьшением растворимости легирующих элементов в а-железе и образованием ближнего порядка атомов Fe и Со. Так после старения сталей (при 520 °С в течение 1 ч) на основе Fe + 16%Ni + 5% Mo, содержащих 0; 5; 10; 15% Со, дополнительное увеличение временного сопротивления а„ составило соответственно 200,

Увеличение растворимости легирующих элементов в магнии с повышением температуры позволяет подвергать сплавы упрочняющей термической обработке: закалке + искусственному старению. Однако термическая обработка магниевых сплавов усложняется из-за весьма медленных диффузионных процессов в магниевом твердом растворе. Малая скорость диффузии требует больших выдержек при нагреве под закалку (до 16-30 ч) для растворения вторичных фаз и обеспечивает закалку при охлаждении на воздухе. Магниевые сплавы не склонны к естественному старению. При искусственном старении необходимы высокие температуры (до 200 °С) и большие выдержки (до 16-24 ч).