Оглавление:
Диаграмма состояния системы с эвтектическим равновесием
- Фазовая диаграмма системы с эвтектическим равновесием 1. Характеристики возможных фазовых диаграмм (рис. 11, а) — понижение температуры в начале и в конце кристаллизации на границе а-3- В растворе, в котором компоненты А и В сложены вместе, получается жидкая фаза температуры GE Равновесное равновесие с AA- и p-. Соответственно, горизонталь ab и точка e на этой горизонтали также называют эвтектикой, жидкая фаза и структурный компонент% + Z, высвобождаемый из этой жидкости (см. Ниже) Также называется эвтектикой.
«Eutectic» (греч. Eutectic сплав или эвтектика — это легкоплавкий сплав с самой низкой температурой кристаллизации (плавления) в рассматриваемой системе. Из-за путаницы с греческим глаголом «melt») Ирис Одиннадцать «Строить» Некоторые исследователи неверно истолковывают термин «эвтектика» как «хорошо сложенный, мелкозернистый» (см. Пункт 3). Показал ли статистический анализ Воздвиженского, выполненный В. М., что хотя бы одно из неравенств, где ns <1,10 и n не соблюдаются, является эвтектическим? > 0,55 нДж, где ns, nj- и PU-
соответственно энтропия, температура и объемный коэффициент (см. § 4.) Людмила Фирмаль
Первое неравенство согласуется с одним из условий образования сплошного твердого раствора. , Постоянное соотношение между температурой плавления второго компонента и его атомно-кристаллической структурой. Эвтектические системы обычно образуют компоненты, которые различаются по типу химической связи или атомной структуре и размеру (небольшие различия в температуре плавления). Температуры начала кристаллизации граничных растворов a и p представлены кривыми жидкой фазы ae и Be, а температуры конца кристаллизации представлены кривыми твердой фазы a и b соответственно.
Сплавы фазы a-b заканчивают кристаллизацию при температуре te из-за эвтектической реакции (■ * AA + P &. Ab рядом с эвтектикой — линия солидуса этих сплавов. Кривые AAI и bbi представляют собой кривые сольвуса, которые представляют равновесие двух граничных растворов aP при различных температурах. Эти кривые показывают, как растворимость компонента A и, наоборот, компонента A компонента B изменяется при понижении температуры от эвтектики до комнатной температуры. Сплавы, расположенные в области A (слева и сверху кривой a), представляют собой ненасыщенные твердые растворы компонента B компонента A, а сплавы, расположенные в области P (справа и выше кривой bbi), Когда метафора сплава попадает на кривую искусственного ненасыщенного раствора aai и cbi компонента A в компоненте, a- и 3-растворы насыщаются, а когда температура понижается, вторичные 3- или a-кристаллы
- Наконец, сплавы в двухфазной области a + 3 (расположенные между кривыми AAI и bbi) всегда состоят из сплавов, насыщенных по отношению к другим a- и 3-растворам. Максимальная взаимная растворимость компонентов A и 6 в твердом состоянии наблюдается при эвтектической температуре и представлена точками a и b. Кривые ликвидуса A’e и B’e характеризуют состав жидкостей, насыщенных по отношению к кристаллам этих растворов, помимо температуры в начале кристаллизации границ a- и 3-растворов. При эвтектической температуре жидкость насыщалась одновременно по a- и P-кристаллам состава точек a и B. Особенность эвтектического равновесия A-AA + Z при температуре заключается в том, что состав жидкой фазы представлен точкой e, расположенной на горизонтальной оси ab между точками максимальной растворимости a и B.
Эвтектическая реакция всегда протекает как -Od + Z, в противном случае (+ AA-Z или + Z «*» a), в противном случае нарушается баланс массы компонента (например, около В том числе 50 и 10%). Сплав a-e называется doauthenticate, сплав обозначает e-b-гиперэвтектику, а сплав, соответствующий точке состава e, эвтектику или просто эвтектику. Такое распределение сплава является условным, предэвтектический сплав является избыточной эвтектикой, и наоборот, если компонент A и компонент B меняются местами. 2. (см. § 4). На кривой охлаждения эти сплавы имеют две важные точки (перегибы), которые соответствуют температуре в начале и конце кристаллизации соответственно (см. Фиг.2, б).
Сплавы в секциях A-Ah и bi-B кристаллизуются так же, как и сплавы с непрерывным рядом жидкостей и твердых растворов Людмила Фирмаль
Более сложное преобразование 39 Протекают в сплаве по сечениям i-bi, например, сплавы t, C, GN и E1 (см. Рис. 11, а). В интервале температур h-t3 сплав t кристаллизуется в виде граничного a-раствора (W ^ 5-a ^ -b), и при охлаждении до температуры f4 фазового превращения не происходит. При температуре t4 кристалл композиции в точке 7 насыщается по отношению к 8 кристаллам композиции в точке 3. Поэтому дальнейшее снижение температуры от первичного a-кристалла и изменение состава кривой сольвуса aai в направлении от точки 7 к точке ai, вторичного 3-кристалла, состава от точки 8 до a7_a4 KOMHr ZV при комнатной температуре Кристалл -b f AA ^ находится в равновесии с кристаллом Z /, и доля этих фаз измеряется отношением сегментов mbi / a i b i и ma i / a i b i
На кривой охлаждения сплав m имеет три важные точки (см. Рисунок 11,6): две верхние точки соответствуют температуре в начале и в конце первичной кристаллизации раствора, и К третьей (нижней) точке выбора температуры, соответственно, вторичной 3 первичной Под микроскопом структуры этого сплава (рис. 12), вы можете увидеть две структурные части при среднем увеличении первичной а -И вторичные 3-х кристаллов. Под структурными компонентами в металлическом сплаве понимают характерную область микроструктуры, которая обычно имеет однородную структуру, отличающуюся от структуры других участков при среднем увеличении микроскопа.
Или это может состоять из нескольких этапов. В сплаве m оба структурных компонента — первичный и вторичный 3-кристалл — являются однофазными. Ниже мы увидим это Рис двенадцать Другие сплавы кристаллизуют эвтектику А + 3, которая является двухфазным структурным компонентом. При очень медленном охлаждении вторичные 3 кристалла разделяются в виде относительно плотных частиц вдоль границ первичных кристаллов (рис. 12, а). При ускоренном охлаждении вторичные 3 кристалла выделяются не только на границе, но и внутри. 40 a-кристаллов шейки матки (Fig. 12, 6). Как правило, вторичные выделения являются пластинчатыми (или игольчатыми) и кристаллографически ориентированы в каждом зерне a-фазы.
Подобные превращения происходят со сплавами сечения b I-d с той лишь разницей, что первичные 0 кристаллы изолированы от жидкости в них, вторичные a-кристаллы В отличие от сплава t, кристаллизация С-конца сплава а — кристалла принимает состав точки а и исчезающей жидкости — каждой точки Е. Поэтому в этом сплаве эвтектическая реакция не происходит. В конце кристаллизации первичные кристаллы насыщаются до фута, который является кристаллом, богатым компонентом B. Поэтому, когда температура сплава С уменьшается, вторичная кристаллизация начинается сразу: от первичного кристалла, изменяющегося от точки а до точки 31 вдоль кривой сольвуса AA i Кривая охлаждения сплава C показывает две критические точки (рис. 11, 6): верхняя точка соответствует начальной температуре, нижняя (te) — одновременно температура в конце затвердевания и вторичного кристалла 0 Распад из-за высвобождения раствора и начала решения.
Структура этого сплава из предыдущего сплава t слегка вторична 0- (ic / a ib1> a in? / A ib1) и, соответственно, меньше первичных A-CRIS-высот (bl c / a1b1 <mb1 / ал бл). В DS ^ и заевтектических сплавах, в дополнение к первичным a- или 0-Chris-Talls, когда эвтектика a + 0 высвобождается и охлаждается в твердом состоянии, два из a- и 0-Chris-Talls соответственно. Следующие 0- и a- В частности, процесс первичной кристаллизации предэвтектического сплава ni можно записать в виде J5_e ——— * ■ «6-a-температура te, первичный» для a-кристалла и оставшейся жидкости Соотношение определяется соотношением сегмента PE / AE и al / AE.
Кристаллизация этого сплава прекращается при температуре te эвтектической реакцией «* ®a + Zr. В конце кристаллизации эвтектической части 41все «а» кристаллы (первичные и эвтектические) определяются соотношением сегментов nb / ab и эвтектических Z кристаллов — отношением an / ab соответственно. В конце кристаллизации эвтектического сплава ni состоит из первичных кристаллов, и доля эвтектики AA + Z в этих структурных компонентах измерялась отношением сегмента PE / AE и al / AE. Когда температура уменьшается из-за уменьшения взаимной растворимости компонентов в твердом состоянии, это ’e’ * сочетается с условиями AA и Z ’, в которых вторичные 3- и a-кристаллы насыщаются друг другом, начиная с температуры эвтектики te
Я могу быть записан как «aa <• 1 -» — b, где стрелки в обоих направлениях назначены от кристалла эвтектики 3, кристалл вторичного 3 от кристалла (первичного и эвтектического) и кристалла соответственно. Означает, что При комнатной температуре все кристаллы (первичные, эвтектические и вторичные) принимают состав точки a i, а 3 кристалла (эвтектические и вторичные) принимают состав точки bi соответственно. (A ic / a ib i) xx (BA / ab), где первый связанный сегмент является рассматриваемой системой первичной и эвтектической) Кристаллы AA, из которых выделены вторичные 3 кристалла.
Аналогично, доля вторичных кристаллов AA может быть оценена по продукту (дБи / аэрби) (a / ab). На кривой охлаждения сплава Ni показаны две важные точки (см. Рис. 11, б): верхняя точка (изгиб) соответствует температуре начала кристаллизации раствора a и ниже (Te горизонтальная платформа) — температура кристаллизации эвтектики a + 3 и a- и a-кристаллов соответственно Под микроскопом структуру этого сплава можно увидеть в первичном кристалле в основном при назначении трех структурных компонентов: первичного кристалла, эвтектики а + 3 и вторичного 3. Вторичный а- и строго на фоне рассеянной эвтектики Ирис 13 но пять в Поскольку a + π стоит на них как на подложке и «сливается» с эвтектическими a- и 0-кристаллами, это незаметно.
Возможная деформация микроструктуры сплава показана на рис. \ / HTML 13. Первичные кристаллы выглядят иначе. Типичные металлы и граничные растворы на их основе обычно кристаллизуются в виде разветвленных кристаллов (дендритов) с круглыми ветвями (см. Рисунок). 13, а), полупроводники и металлоиды, а также многие мезофазы (см. § 13) — в форме ограненных кристаллов с компактной многогранной морфологией (см. Рисунок). 13, б) или дендритов с гранеными ветвями (см. Рисунок, на 13.). По мере увеличения скорости охлаждения в интервале кристаллизации разветвление дендритных кристаллов увеличивается. Вокруг первичного кристалла виден второй структурный компонент, имеющий эвтектику а + 0, пластинчатую или другую структуру (см. Ниже).
Наконец, видимый третий компонент структуры в нескольких первичных кристаллах — вторичные 0-кристаллы. Подобно сплавам Nt, другие предэвтектические и трансэвтектические сплавы кристаллизуются. Сплав транс-эвтектического сплава NT отличается только в первичных и вторичных кристаллах, что можно увидеть только под микроскопом, однако фазовое превращение, которое происходит в этих сплавах, представляет собой сплав эвтектического сплава ej. Этот сплав имеет постоянную температуру te, То есть кристаллизуется с таким же — * AA + 0H. * E «* comn _ AA_a f — ■» Доля вторичных кристаллов AA- и 0H, отделенных от эвтектики Zb * 0H и кристаллов комнатной температуры, представляет собой продукт (abt / at bi) (be / ab) и (a1c / a1) (ae / ab)
На кривой охлаждения у сплава e i есть одна критическая точка — горизонтальная прокладка при температуре te (рис. 11, б) и C 43 структура — в основном один структурный компонент — эвтектика а + р. Выделение вторичных p- и OS-кристаллов в структуре эвтектических сплавов относительно невелико, объединяясь с эвтектическими p- и ot-кристаллами, На борту 3. Механизм эвтектической кристаллизации и структура эвтектики Современная идея эвтектической кристаллизации была развита А. А. Бочваром в 30-х годах и развита в работах К. П. Бунина и *. Ю. *
Смотрите также: И. И. Новиков. Kinsei Lab Лабораторная мастерская. -Москва: МИСиС, 1984. В зависимости от плоской структуры металлического факела существует несколько типов эвтектики: пластинчатый (рис. 14, а), зернистый (рис. 14, б), скелетный (рис. 14, д), игольчатый ( Рис. 14, г) и другие. Долгое время эвтектику рассматривали как смесь множества кристаллов разных фаз, выращенных из разных центров. Непрерывное измельчение тонкого слоя и одно травление фазы показали, что каждая фаза была непрерывной в пределах одной эвтектической колонии. В результате эвтектические колонии представляют собой сильно разветвленные кристаллы, которые прорастают в разные фазы. Кристаллы каждой фазы, содержащейся в эвтектике, имеют много ветвей, которые чередуются в пространстве и создают изображение «смеси» этих фаз на металлургическом шельфе (т. е. в любом плоском сечении). По сути, каждая эвтектическая колония является двухфазной, то есть бикристаллической.
Слияние двух сильно разветвленных кристаллов разных фаз. Экспериментально показано, что каждая эвтектическая колония растет из одного центра. Происхождение колонии инициирует одну из эвтектических фаз, называемых основанием. Второй этап рождается в базовой фазе как подкладка. С этого момента начинается эвтектическая кристаллизация. Вторая фаза растет с плоскими дендритными адами на основном кристалле. Базовые кристаллические ветви растут между дендритными ветвями. Эвтектический рост колоний — это совместный (кооперативный) рост двух переплетенных кристаллов разных фаз.
Ветви растут быстрее, и между ними образуется вторая ветвь, образующая фазу вождения. Общий вид эвтектической колонии определяется предшествующим этапом. Обычно предшествующая фаза характеризуется большинством ориентированных сильных связей между атомами в кристалле. В эвтектике, состоящей из пар металл + неметалл и металл + промежуточная фаза, ведущей ступенью является 44 или промежуточная стадия. Например, для эвтектики Al-Si, Fe-графита и Al-Si предшествующими фазами являются кремний, графит и мезофаза CuAI2 соответственно.
Если эвтектика состоит из граничного раствора на основе металла, зарождение колонии инициируется кристаллами граничных растворов на основе металлов с более высокой температурой плавления, таких как свинец и цинк, в системах Pb-Sn и Zn-Sn. Особенность эвтектической кристаллизации заключается в том, что разделительная диффузия происходит очень быстро (на небольшом расстоянии) в жидкости перед растущим бикристаллом. В результате этой диффузии жидкое пересыщение и зародышеобразование определенных кристаллов фазы не происходит до роста кристаллов других фаз, и наоборот. Форма и размер ветви предыдущей фазы зависит от химии ее кристаллизации и условий кристаллизации. По мере увеличения скорости охлаждения ветвление ведущей
и движущей фаз увеличивается, толщина ветвей и расстояние между ними уменьшаются, и внутренняя структура эвтектической колонии становится более рассеянной. Эвтектика называется нормальной, когда она состоит из эвтектических колоний, которые хорошо видны под микроскопом и характеризуются регулярным расположением ветвей во второй фазе. Колониальная структура появляется из пластины, где наиболее ясно (см. Рисунок). 14, б) и скелет (см. Рис. 14, а) эвтектика. Соседние колонии этих симбиотических агентов можно легко различить в направлении чашки. Гранулярную
эвтектическую колониальную структуру (см. Рис. 14, б) выявить труднее, но заметно с соответствующим увеличением: семена в центральной части колонии обычно меньше и больше на периферии большой. Зернистая структура эвтектических колоний обычно характерна для эвтектики в волокнистой форме. Эвтектика называется ненормальной, если колония не обнаружена, а вторая. Фаза нерегулярная и хаотичная. Примером является игла эвтектика (см. Рис. 14, г). Аномальные эвтектики включают эвтектику
в наиболее распространенных промышленных литейных сплавах чугуна (система Fe-C) и силмина (система Al-Si). Аномальная эвтектика состоит из бикристаллических колоний, но форма и форма ветвей в обеих фазовых кристаллах очень сложны и нерегулярны, и такие эвтектики являются случайными в одной фазе на металлургическом шлейфе. Рассматривается как «изолированные» включения. Когда первичные кристаллы предыдущей фазы изолируются в сплаве, отличающемся по составу от эвтектики, рост эвтектических колоний начинается с таких первичных кристаллов, и эти кристаллы появляются в центре эвтектической колонии. Если
первичные кристаллы находятся в фазе ed, эвтектические колонии расположены между первичными кристаллами. Если во время кристаллизации мало эвтектической жидкости или если одна из фаз является эвтектической и преобладает, структура эвтектической колонии не появится. Одна фаза эвтектики кристаллизуется на поверхности первичного кристалла той же фазы и сливается с ними, а вторая фаза может образовывать слой между первичными кристаллами (рис. 15). Говорят, что кристаллы структурно
вырождены. Слой второй фазы s, возникающий из эвтектики вокруг первого кристалла, называется вырожденной эвтектикой. G U’x I I Рис пятнадцать Вырожденные эвтектики часто образуются из пре- и постэвтектических сплавов, близких к точке максимальной растворимости компонентов в твердом состоянии (см. Рис. 11, а, точка AI C. Вырожденные сокристаллы). Кристаллы могут существовать в структуре сплавов т-типа (рис. Рис. 11, а) и образовываться в результате неравновесной кристаллизации (см. Новиков И. И. Теория термообработки металлов. Том 4 -М.: Металлургия, 1986.-Глава 1, § 1). Таким образом, традиционное понятие эвтектики как смеси кристаллов разных фаз является неточным. Кроме того, эвтектика,
как это иногда делается, не может быть истолкована как механическая смесь разных фаз. В механической смеси нет взаимодействия между различными фазами. Эвтектика образуется в результате их совместной кристаллизации, а не в результате механического смешивания различных фаз. Поверхность раздела в эвтектических колониях очень высоко развита, но на основе церкви высокое структурное совершенство. Подробнее о механизме эвтектической кристаллизации и эвтектической структуре см.
Monograph: Yu. Tarran Meisal Структура эвтектического сплава. М.: МС-Таллургия, 1978. Глава 4 Количественное соотношение фаз в эвтектике не зависит от состава сплава, в котором он кристаллизуется. Соотношение кристаллов AA- и Zr в эвтектике у всех te и послеэвтектических сплавов (см. Рис. 11, а) te является тем же соотношением сегмента Eh / AE, которое характерно для сплава ei эвтектического состава Определяется В связи с соображениями эвтектической структуры отметим известные условия введенного выше понятия «структурный элемент». В случае первичных и вторичных кристаллов эта концепция идентична
концепции фазы. Однако это не может быть идентифицировано эвтектической фазой + 3. Поскольку этот структурный компонент состоит из двух различных a- и 3-фаз. Традиционный характер концепции структурных компонентов состоит в том, что фактическая структура сплава зависит от условий кристаллизации (скорости охлаждения), легирующих элементов и примесей. В зависимости от содержания, формы разделения отдельных фаз и структурных компонентов Наконец, характерный внешний вид структурных компонентов также зависит от увеличения, используемого для
металлургических исследований структуры сплава. 4. Фазовая диаграмма системы эвтектического типа, в которой нет растворимости компонентов в твердом состоянии. 16 показана схема эвтектического состояния без взаимной растворимости компонентов в твердом состоянии. Эвтектическое равновесие при температуре te в этой системе записывается как -A + B. 11, а) Эта фигура отличается отсутствием граничных областей растворов а и 3 и их кривых окончания кристаллизации, но не потому, что они на самом деле не существуют. Старые не могут быть нарисованы в общепринятом масштабе и часто могут быть проигнорированы. Кривые жидкой
фазы a’e и B’e соответствуют температурам начала кристаллизации по существу чистых компонентов A и B, твердое тело представлено горизонтальной эвтектикой A jbi при температуре t, и в результате диаграмма состояний показывает солвус Там нет кривой. Полное отсутствие растворимости одного компонента в другом в твердом состоянии не противоречит термодинамике и присутствует не во всех равновесных фазах в равновесном состоянии, но в фазах W + A (или B) и A + B Энергия Гиббса смеси всегда выше энергий Гиббса смеси W + a (или λ) и a + ₽, поэтому известная молекулярная динамика равновесия WA (или B) и атомного теплового движения и его диффузии равна Позволяет предположить, что абсолютная нерастворимость компонентов в твердом состоянии невозможна
Смотрите также:
Методические указания по материаловедению
