1097
.pdfвнутри колоний двойной и тройной эвтектик не видны из-за дисперсного строения этих структурных составляющих и небольших количеств вторичных выделений.
Если в треугольнике abc фигуративная точка сплава располагается н? одной из эвтектических кривых е,Е, е £ или е то в таком сплаве отсутствуют только первичные кристаллы, остальные же фазовые превращения аналогичны превращениям в сплавах типа 6 (см. выше). На кривых охлаждения эти сплавы имеют по две критические точки.
Если в треугольнике abc фигуративная точка сплава располагается на одной из линий аЕ, ЬЕ или сЕ, то в таком сплаве не будет только
соответствующей двойной эвтектики. В частности, фазовые превраще- t, - t £
ния в сплаве 7 (см. рис. 81, г) можно записать в три стадии: Жу _ Е------- |
* |
||
t, - tE |
|
tE |
|
------- * |
Pz7 - |
b (первичная кристаллизация), ЖЕ— »aa + Рь + Vc (крис |
|
таллизация тройной эвтектики) и |
|
||
|
|
^конн |
|
а а - а, |
• |
* flt-b, |
|
(вторичная кристаллизация). Кривая охлаждения сплава 7 с двумя критическими точками показана на рис. 82. В структуре этого сплава (см. рис. 83, г) видны главным образом четыре структурные состав
ляющие: первичные p-кристаллы, эвтектика а + р + |
у и вторичные |
а- и у- внутри первичных P-кристаллов. Как и в предыдущих сплавах, |
|
на фоне дисперсной эвтектики а + р + у вторичные |
выделения а-, |
Р- и у-кристаллов заметить трудно. |
|
Доли первичных P-кристаллов и эвтектики а + р + |
у в сплаве 7 |
можно определить при температуре fs когда эвтектика еще не начала |
кристаллизоваться. По правилу рычага, Доли Р^-кристаллов и жидкости Же (или эвтектики а + р + у) характеризуют отношения отрезков 7Е/ЬЕ и 7Ь/ЬЕ. В момент окончания кристаллизации эвтектики а + р + у доля всех P-кристаллов (первичных и эвтектических) измеряется отношением отрезков 7 т 2/т ф , долю же только эвтектических Рь-крис-
таллов можно найти |
по разности (7 т 2/т ф - 7Е/ЬЕ), а аналогичных |
оса- и ус-кристаллов - |
соответственно по отношениям отрезков 7р2/р # |
и 7 n jr \£ . |
|
Сплав, отвечающий по составу точке Е (см. рис. 81, г), кристалли зуется при температуре tE: из жидкости выделяется только одна струк турная составляющая - эвтектика аа + Рь + УсПри охлаждении в ин тервале температур tE - 1Комн в этом сплаве протекают те же процессы
вторичной кристаллизации, что и в предыдущих сплавах 6 и 7 (см. выше). На кривой охлаждения сплав Е имеет одну критическую точку - горизонтальную площадку при температуре tE (рис. 82). В структуре этого сплава обычно видна только эвтектика ос + р + у (рис. 83, д).
В заключение рассмотрим фазовые превращения в сплавах, отве чающих по составу точкам максимальной совместной растворимости
а b и с. В частности, для сплава с |
эти превращения можно записать |
|||
’ |
|
* ' |
«Е |
|
в две стадии: Жс _ Е |
» с - |
уи |
_ с (первичная кристаллизация) и |
|
|
||||
t ( - |
Л/,-о, |
|
|
|
(вторичная кристаллизация). Кристаллизация этого сплава заканчи вается при температуре tE, когда исчезающая жидкость принимает состав точки Е (а первичные у-кристаллы - состав точки с), и при этой же температуре начинается вторичная кристаллизация. На кривой ох лаждения сплав с имеет две критические точки (см. рис. 82), а в струк туре - три структурные составляющие: первичные у- и вторичные ос-и p-кристаллы (рис. 83, е). Доли этих составляющих легко найти по правилу центра тяжести треугольника - они измеряются отношениями отрезков сс Jc tn 3,ср 3/а 3 и cm 3/b гт 3.
3. Изотермические разрезы
Изотермические разрезы рассматриваемой системы (рис. 84) построены в предположении, что компоненты А, В и С плавятся при 800; 750 и 700 °С, эвтектики е v е 2 и е 3 - при 400, 600 и 500 °С и эвтек тика Е - соответственно при 300 °С.
При 400 °С (рис. 84, а) следы от сечения поверхностей ликвидуса а-, Р- и у-растворов изображаются изотермами е у , у у г и е }у 1, а по верхностей солидуса этих растворов - изотермами ЭдХ, zzt и C J J V Пары этих изотерм ограничивают двухфазные области Ж + а, Ж + Р
и Ж + у, в сплавах которых зафиксированы равновесия Ж ^ |
ос, Ж ^ |
|
— Р и Ж ** |
у. Малые стороны ху и yz, и 1у 1 и y tz t конодных треуголь |
|
ников xyz и |
ограничивающих трехфазные области Ж + |
ос+ Р |
и Ж + р + у, представляют собой следы от сечения линейчатых поверх ностей начала кристаллизации эвтектик а + Р и Р + у , а большие сто роны - следы от сечения линейчатых поверхностей конца кристалли зации этих эвтектик. Конодный треугольник xyz изображает эвтекти ческое равновесие жидкости Жу с ах- и р2-кристаллами, а треугольник
u iy 1z 1 - |
аналогичное равновесие жидкости ЖУ1 с |
pZi- и у ^-крис |
таллами. |
1 |
1 |
Следы от сечения различных поверхностей сольвуса представлены изотермами растворимости хх t и г г ъ UjU2 и Эти изотермы огра ничивают двухфазные области ос + Р и р + у, в сплавах которых закон чилась кристаллизация соответствующих двойных эвтектик и началась вторичная кристаллизация. Иными словами, названные изотермы раст
воримости изображают соответственно составы |
равновесных а- и |
Р-, р- и у-кристаллов в сплавах областейх jxzz 2и и # |
xz tz 3. |
Изотермический разрез при 300 °С (fE) можно построить в двух вариантах. Первый из них (рис. 84, б) изображает фазовые равновесия в сплавах перед началом эвтектической реакции ЖЕ -► аа + р& + ус. Во всех сплавах треугольника abc присутствует жидкость Ж£, которая находится в двух- и трехфазных равновесиях с аа-, рь- и у ^кристалла
ми составов точек |
а, b и с. Изотермы растворимости х2а и z4b, Zgb |
|||||||
и и3с, и4с |
и х3а (границы двухфазных областей а + р, р + у и а + у) |
|||||||
представляют |
собой |
следы |
600°с |
|||||
от |
сечения |
поверхностей |
||||||
сольвуса |
и |
изображают |
|
|||||
составы |
|
равновесных |
ос-, |
|
||||
р- и у-кристаллов в соот |
|
|||||||
ветствующих |
двухфазных |
|
||||||
сплавах. |
|
|
|
|
|
|
||
Второй |
вариант |
этого |
|
|||||
разреза |
|
(относящийся |
к |
|
||||
моменту |
окончания |
эвтек |
|
|||||
тической |
реакции |
|
ЖЕ |
-* |
|
|||
«а + Рь + Тс) от рассмот |
|
|||||||
ренного |
|
первого |
варианта |
|
||||
будет |
отличаться |
|
только |
|
||||
тем, что в сплавах треуголь |
|
|||||||
ника аЬс исчезнет жидкость |
|
|||||||
ЖЕ и они станут трехфаз |
|
|||||||
ными а + Р + у. При комнат |
|
|||||||
ной |
температуре |
трехфаз |
|
|||||
ная область а + Р + у при |
|
|||||||
мет |
размеры |
треугольника |
|
|||||
а 1 Ь1с 1 |
за счет уменьшения |
|
||||||
размеров |
однофазных |
а-, |
|
|||||
Р-, у- и двухфазных |
а + |
Р, |
|
|||||
Р + у - и а + у-областей. |
|
|
с
Рис. 84 |
6 |
4. Политермические разрезы
Сложное строение диаграммы состояния (см. рис. 79) и многообра зие фазовых превращений в различных сплавах подтверждает политермический разрез Ак, на котором можно отметить восемь характер ных сплавов (рис. 85, а). Сплавы участка А - 5 находятся в области
А е jEe 2 |
первичной кристаллизации а-раствора, а сплавы участка |
5 - к - |
в области В е £ е 3 кристаллизации р-раствора, поэтому кривая |
ликвидуса состоит из двух ветвей А '5' и 5 'к’ (рис. 85, б), каждая из которых - это след от сечения соответствующей поверхности ликви дуса. Кривые ликвидуса А '5’ и 5'к' пересекаются в точке 5', распо ложенной на эвтектической кривой е2Е при температуре ниже f^ , но выше fg.
Солидус разреза Ак состоит из четырех различных участков. Кривая А'З' представляет собой след от сечения поверхности конца кристал лизации а-раствора (область Да2 аа3), кривые 3'4’ и 7'к' - следы от сечения линейчатых поверхностей конца кристаллизации эвтектик а + р и р + у (соответственно области а ^Ь Ь 2 и b gbccs) и, наконец, горизонталь 4'7’ при температуре fg - след от сечения плоскости кристаллизации эвтектики а + р + у (треугольник abc). Точка 3' на кривой максимальной растворимости а3а (см. рис. 85,а) находится при температуре ниже f« (или t^ ), но выше fg.
Кривые 3'5' и 5'ь' представляют собой следы от сечения линейча той поверхности начала кристаллизации эвтектики а + р (области агаЕе2 и e ^ b b j), а кривая 6'fcj - соответственно след от сечения ли нейчатой поверхности начала кристаллизации эвтектики Р + у (область Ь5ЬЕе3). В общем случае точки 3' и 5' располагаются при разных тем пературах, поскольку политермический разрез Ак не совпадает ни с
одной из конод, образующих линейчатую поверхность начала кристалли зации эвтектики а + р.
При температурах ниже солидуса вертикальная плоскость разре за пересекает три поверхости сольвуса. Кривая 3'1 является следом
от сечения поверхности переменной растворимости |
компонента |
В |
в компоненте А (область а ^ а ^ з ) , а кривые 4'2 и 7 8 |
- следами |
от |
сечения линейчатых поверхностей переменной растворимости компо нента С в компонентах А й в (область a 1abb1) и компонента А в компо нентах В и С (область ^ Ь с с ^ . Стоит также отметить, что горизонталь 47' представляет собой вырожденную четырехфазную область Ж +
+ос+Р+Т>.
§41. Диаграмма состояния системы
снонвариантным перитектическим равновесием
1.Диаграмма состояния
Тройная система А - |
В - С с нонвариантным перитектическим рав- |
{р |
„ |
новесием Жр + а а*==* Pt> + у с образована двойными системами А - С и В - С эвтектического и системой А - В перитектического типов (рис. 86) и сочетает в себе элементы строения предыдущих тройных систем с граничными растворами (см. §§ 38 - 40).
Рис. 86 |
Рис. 87 |
Поверхность ликвидуса состоит из трех поверхностей |
А р Р etl |
||||||
В'р'Р'е'г |
и C'e'iP'e^ начала кристаллизации а-, Р- и у-растворов, про |
||||||
ектирующихся в области первичной кристаллизации ApPelt |
|
ВрРе2 |
|||||
и С |
е |
(рис. 87). Названные поверхности пересекаются |
по |
трем |
|||
моновариантным кривым. Кривые |
ejP и Р е2 изображают |
составы |
|||||
жидкости, участвующей в эвтектических равновесиях Ж ^ |
и |
+ у и |
|||||
Ж ^ |
р + |
Уг а кривая р'Р' - составы жидкости, участвующей |
в пери- |
||||
тектическом |
равновесии Ж + ос ^ |
р. Точка Р , в которой |
сходятся |
||||
кривые е[Р’ |
и р'Р' и начинается кривая Р'е'2, называется перитекти- |
||||||
ческой. При температуре tP во всех сплавах четырехугольника |
аЬРс |
fp
наблюдается четырехфазное перитектическое равновесие Жр + аа ♦=*
fp
* = * Рь + У о На плоскость концентрационного треугольника кривые e jР', р'Р', Р'е'2 и точка Р' проектируются соответственно в линии е2Р, рР, Ре2 и точку Р (см. рис. 87).
Особенность перитектического равновесия при температуре fp зак лючается в том, что фигуративная точка жидкости Жр (точка Р) лежит вне конодного треугольника abc, образованного твердыми оса-, Рь- и ус-фазами. Этим оно отличается от эвтектического равновесия Жр ** ^ оса + Рь + Ус> ПРИ котором фигуративная точка жидкости Жр (точка Е) располагается внутри треугольника abc, образованного твердыми аа-, Рь- и ус-фазами (см. § 40). При кристаллизации сплавов перитек-
tp
тическая реакция Жр+ <ха — ► Рь + Ус протекает только "крест-накрест": при взаимодействии жидкости Жр и аа-кристаллов, расположенных на концах одной диагонали аР четырехугольника аЬРс, образуются Рь* и ус-кристаллы, расположенные на концах второй диагонали be. Других вариантов быть не может, поскольку из жидкости Жр и Рр-кристаллов нельзя "получить” аа- и ус-кристаллы или из жидкости ЖР и ус-кристал- лов - аа- и Рь-кристаллы (нарушается материальный баланс по компо нентам).
Иногда это равновесие называют перитектико-эвтектическим, поскольку при его смещении вправо можно говорить о кристаллизации эвтектики р + у и одновремен
ном растворении в жидкости а-кристаллов. |
|
В принципе жидкая фаза Жр может вступать во взаимодействие |
не с одной |
а а с двумя, например otg- и Рь-твердыми фазами, т.е. Жр + аа + Рь |
ус . В этом |
случае фигуративная точка образующейся Ус*фазЫ будет располагаться внутри ко нодного треугольника, образованного тремя исходными фазами Жр, аа и Рр. По предложению Д.А.Петрова, такое равновесие называют дважды перитектическим.
В зависимости от того, в какой части четырехугольника аЬРс нахо
дится фигуративная точка сплава, перитектическая реакция Ж р+ cta —*
* Рь + Ус заканчивается по-разному. В сплавах треугольника abc эта реакция завершается исчезновением жидкости Жр (т.е. с остатком
аа-кристаллов), в сплавах треугольника Ь Р с- наоборот, исчезновением аа-кристаллов (т.е. с остатком жидкости Жр, из которой при понижении температуры по кривой Ре2 кристаллизуется эвтектика р + у) и, нако нец, в сплавах диагонали Ьс - одновременным исчезновением жид кости Жр и аа-кристаллов (аналогия с перитектической реакцией Жр+ a3j -*• Рь2в сплавах двойной системы А - В ) .
Поверхность солидуса имеет сложное строение. Она состоит (см. рис. 86) из трех поверхностей А 'а^а'a J, B'b'2b'b's и C ’c'2c'c's конца крис таллизации а-, р- и у-растворов, трех линейчатых поверхностей а^а'с'Сд, CjC'b'bg и a^a'b'b2 (первые две отвечают температурам конца кристаллизации эвтектик а + у и Р + у , а последняя - темпера турам конца перитектической реакции Ж + а -*■ р с исчезновением жидкости) и, наконец, плоскости треугольника а'Ь 'с' (часть затемнен ного четырехугольника а'Ь'Р'с'), в сплавах которого перитектическая реакция Жр + аа -*• Рь + ус заканчивается исчезновением жидкости Жр (см. выше). На плоскость концентрационного треугольника (см. рис. 87) поверхности конца кристаллизации а-, р- и у-растворов проек тируются в области Аа2аа5, Bb2bbs и Сс2сс5, линейчатые поверхности конца кристаллизации эвтектик а + у и Р + у и перитектической реак ции Ж + а -*• Р (с исчезновением жидкости) - в области a 2accs, c 2cbbs и asabb2, а плоскость треугольника а'Ь'с' - в треугольник abc.
Между поверхностями ликвидуса и солидуса располагаются проме жуточные линейчатые поверхности а 2а'Р'еi и eiP'c'Cg, b'sb'P'e2 и е2Р'с'с2, отвечающие температурам начала кристаллизации эвтектик а + у и Р + у. Температурам начала и конца перитектической реакции Ж + а -*■ р (с исчезновением а-кристаллов) отвечают еще две линейча тые поверхности р'Р 'а'а 5 и р'Р'Ь'Ь2. На плоскость концентрационного
треугольника поверхности начала кристаллизации эвтектик |
а + у и |
Р + у проектируются в области a2aPe1 и e tPcc5, Ь5ЬРе2 и |
е2Рсс2, а |
поверхности начала и конца перитектической реакции (с исчезновением а-кристаллов) - соответственно в области рРаа5 и рРЬЬ2.
Что касается поверхностей и кривых сольвуса, то они принципиально не отличаются от поверхностей и кривых сольвуса в предыдущей сис теме с нонвариантным эвтектическим равновесием (см. § 40).
2. Фазовые превращения в сплавах
Однофазную структуру граничных а-, р- или у-растворов при ком натной температуре сохраняют лишь сплавы, расположенные в об ластях Аа2а ха5, Bb3b1bs и CCgCjCgfcM. рис. 87).
Однофазными при высоких, а затем двухфазными при низких тем пературах в результате вторичной кристаллизации становятся сплавы, расположенные в областях а5а6а 1а4 и a ^ a ^ g , bsb6b1b4 и b2b7b1b3,
c 5c 6c i c 4 и с 2с 7с 1с з- Например, сплавы областей с 5с6с 1с 4 и с 2с 7с 1с а заканчивают кристаллизацйю как у-растворы, а при охлаждении в твердом состоянии (ниже поверхностей сольвуса с2сьсс1с3 и с4с7сс1с5) в их структуре появляются соответственно вторичные а- или ^-крис таллы. Все названные сплавы (за исключением сплавов области b2b7ptp) на кривых охлаждения имеют по три критические точки. Спла вы области Ь2Ь7р1р имеют по пять критических точек, так как в них p-раствор образуется по перитектической реакции Ж + а -* р, а ей пред шествует первичная кристаллизация а-раствора (см., например, кривую
с
a
Рис. 88
охлаждения сплава 4 из системы с моновариантным перитектическим равновесием на рис. 77).
Также однофазными заканчивают кристаллизацию, а затем становят ся двух- и трехфазными при низких температурах сплавы, располо женные в областях аа1аб и aata7, ЬЬгЬ6 и bbt bv сс1с 6 и ссхс 7 (см. рис. 87). Например, сплавы области aata6заканчивают кристаллизацию как а-растворы. При охлаждении в твердом состоянии (ниже поверх ности сольвуса а5а6аа1а4) из а-раствора сначала выделяются вторич ные р-, а затем (ниже линейчатой поверхности сольвуса a1abb1) -
Продолжение рис. 88
вторичные у-кристаллы (см. также фазовые превращения в сплаве 4 из системы с нонвариантным эвтектическим равновесием - § 40). На кривых охлаждения сплавы областей за1а6 и аа1а7, сс1с6 и cctcv р1Ь1р2 и djPjbjbg имеют по четыре критические точки, а сплавы об ластей b p jP j^ и bp2dt - по шесть критических точек, так как в них p-раствор образуется по перитектической реакции Ж + a -*• р, а ей предшествует первичная кристаллизация а-раствора. В качестве примера рассмотрим фазовые превращения в сплаве 1 из области Ьр2ргЬ7 (рис. 88, а).
Первичную кристаллизацию в этом сплаве можно записать как
t l - t y t
Ж1 _ у, --------- » ах _ Xl, а перитектическую реакцию - как ЖУх _ у +
V . - fy 2 |
„ |
+ otx i - x 2 -------- * |
Pzt-zj- Поскольку эта реакция заканчивается исчез |
новением первичных аХ2-кристаллов, то из оставшейся жидкости Жу (ее доля определится отношением отрезков 1z2/ y ^ 2) ПРИ дальнейшем понижении температуры продолжают выпадать Р-кристаллы:
2 ~ V 3
Жу2_ уз ----------?• PZ2 _ 1. Кристаллизация сплава 1 закончится, когда исчезнет жидкость ЖУэ, а P-кристаллы примут состав точки 1, т.е. исходного сплава.
Дальнейшее охлаждение сплава не сопровождается какими-либо фазовыми превращениями до тех пор, пока его фигуративная точка не
окажется на поверхности сольвуса b ^ b ^ . При температурах ниже |
||
этой поверхности в сплаве 1 протекает |
вторичная |
кристаллизация, |
- |
*zs |
(выделение из |
которую можно записать как Р^ _ Zj _____ осх _ х |
Р-вторичных «-кристаллов), а при температурах ниже5линейчатой по верхности сольвусаaiabbj - как
п |
^гS" |
—ai s -a, |
А5-й, |
|
Jus-c,
(совместное выделение из Р-вторичных а- и у-кристаллов, а также выделение из ранее выпавших вторичных «-также вторичных у-крис таллов). На кривой охлаждения сплав 1 действительно имеет шесть критических точек (рис. 89), а по структуре не отличается от сплава
из предыдущей системы с нонвариантным эвтектическим равнове сием (см. рис. 83, а).
Если в областях a^saay, b1p1p2d1b6 и с ^ с с ? фигуративные точ ки сплавов располагаются на кривых аа1, р1Ь1 и cci, то при комнат160