5.Кривые охлаждения.Первичная и вторичная кристаллизация сплавов

Кривая охлаждения- График, показывающий зависимость между временем и температурой во время охлаждения материала. Используется для определения температур, при которых происходят фазовые превращения. Иногда используются не время, а другие показатели, например тепловое расширение.

Вторичная кристаллизация. Вторичная кристаллизация как изменение кристаллического строения в твердом состоянии возможна, например, для веществ, обладающих полиморфными свойствами. Вторичную кристаллизацию называют также перекристаллизацией, так как зародыши новой структуры часто возникают на границах зерен исходных кристаллитов и растут, «поедая» их.[5, С.27]  При вторичной 'Кристаллизации, вследствие изменения растворимости с изменением температуры выделяются вторичные кристаллы. Вторичная кристаллизация наблюдается и в том случае, если хотя бы один из компонентов претерпевает аллотропические превращения. Таким образом, превращения в твердом состоянии наблюдаются во всех тех случаях, при которых[1, С.134] 

Процесс первичной кристаллизации сварочной ванны аусте-нитного шва носит периодический характер. Сварной шов отличается чешуйчатым строением. Дендриты нижней чешуйки служат основой для роста дендритов следующей чешуйки. Обычно слой имеет четкое транскристаллитное строение. Наличие ферритной составляющей нарушает правильные столбчатые ряды[15, С.249]  Как и при первичной кристаллизации для полиморфных превращений необходимо переохлаждение или перегрев относительно равновесной температуры. По своему механизму это кристаллизационный процесс, осуществляемый путем образования зародышей (как правило, на границах зерен) и последующего их роста. В результате образуются новые кристаллические зерна, имеющие другой размер и форму. Скачкообразно изменяются все свойства: удельный объем, теплоемкость, теплопроводность, механические и химические свойства.[5, С.8]  В процессе первичной кристаллизации сварного шва желательно получить мелкозернистую структуру с незначительной химической неоднородностью. Металл с такой структурой обладает высокой прочностью и пластичностью. Мелкозернистое строение наплавленного металла можно получить при быстром охлаждении, т. е. при вторичной кристаллизации. Но это не всегда возможно. Быстрое охлаждение в интервале температур 200-=—300° С, особенно при сварке легированных сталей, может привести к частичной или полной закалке металла шва. В результате образования мартенсита, имеющего больший объем, чем перлит или феррит, в сварном шве возникают напряжения, которые могут привести к образованию трещин. Эти трещины называют холодными, так как они образуются при относительно низких температурах.

6.Диаграмма состоянийсплавов 1 и 2 типов

Диаграммы состояния представляют собой графическое изображение фазового состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации компонентов. Диаграммы состояния строят для условий равновесия, т. е. такого состояния сплава, которое достигается при очень малых скоростях

охлаждения или длительном нагреве. Диаграммы состояния сплавов в равновесном состоянии являются теоретическими диаграммами, так как истинное равновесие в практических условиях достигается редко. В большинстве случаев сплавы находятся в метастабильном состоянии, т. е. в состоянии с ограниченной устойчивостью.

Диаграмма состояния второго типа. К диаграмме состояния второго типа относятся сплавы, которые характеризуются полной взаимной растворимостью компонентов как в жидком, так и в твердом состоянии. Полной взаимной растворимостью обладают такие сплавы системы: медь — никель, железо — никель, кобальт — хром.  На рисунке 15 показана диаграмма состояния сплавов Си—Ni. Температура плавления чистой меди 1083°С, а никеля—1455°С. При температурах, лежащих выше кривой АСВ (линия ликвидуса), все сплавы находятся в жидком состоянии, при температурах ниже кривой ADB (линия солидуса) — в твердом. Между линиями ликвидуса и солидуса сплавы находятся частично в виде твердых кристаллов и частично в виде жидкого сплава

Диаграмма состояния первого типа. По этому типу диаграммы состояния кристаллизуются такие двойные сплавы, как свинец — сурьма (Pb—Sb), олово — цинк (Sn—Zn). Температура плавления свинца равна 327"С, то есть при этой температуре свинец из твердого состояния переходит в жидкое. Температура плавления сурьмы равна 631 °С. Если взять сплавы Pb—Sb различного состава с постепенно увеличивающимся содержанием сурьмы (5% Sb —95% Pb, 13% Sb —87% Pb, 40% Sb — 60% Pb) и медленно их охлаждать, то получатся кривые охлаждения, представленные на рисунке 13.

Кривые охлаждения показывают, что сплавы в отличие от чистых металлов имеют две критические точки: температуру начала и температуру конца   кристаллиазации. При нижней критической температуре (246°С) все сплавы Pb—Sb окончательно затвердевают. При верхних критических температурах, которые для разных по составу сплавов неодинаковы, происходит только начало затвердевания сплава (начало перехода из жидкого состояния в твердое). При этом в зависимости от процентного содержания Pb и Sb в сплавах в момент начала затвердевания начинает кристаллизоваться либо Pb, либо Sb (это зависит от того, каким из указанных металлов пересыщен сплав данного состава при соответствующей температуре). При соединении точек начала и конца затвердевания кривых охлаждения получается диаграмма состояния сплавов свинца и сурьмы (рис. 14).

Выше линии АСВ все свинцово-сурьмистые сплавы находятся в жидком состоянии. Линия АСВ соответствует началу затвердевания сплавов и называется линией ликвидуса (ликвидус — «жидкий»). Линия ВСЕ соответствует концу затвердевания сплавов и называется линией солидуса (соладус — «твердый»). Ниже этой линии все сплавы «находятся в твердом состоянии. По линии АС из сплавов, содержащих менее 13% сурьмы, начинает кристаллизоваться чистый свинец, па линии СВ из сплавов, содержащих более 13% сурьмы, начинает кристаллизоваться чистая сурьма. В точке С, отвечающей составу 13% Sb и 87% Pb, одновременно кристаллизуются и свинец и сурьма с образованием тонкой «механической смеси кристаллов Sb и Pb. Такая структура  называется эвтектикой. Сплав, соответствующий точке С, называется эвтектическим и характеризуется самой низкой температурой плавления по сравнению со всеми сплавами Pb—Sb. Сплавы, по составу лежащие левее точки С, называются доэвтектическими, а правее — заэвтектическими. Рассмотрим процессы кристаллизации доэвтектиче-ского сплава, содержащего 5% Sb, и заэвтектического, содержащего 40% Sb. Доэвтектический сплав выше линии ликвидуса АС находится в жидком состоянии. Когда сплав при охлаждении достигает линии АС, начинают образовываться кристаллы чистого свинца. Процесс продолжается до температуры 246°С (линия DCE). При этом в жидкой части сплава будет возрастать содержание сурьмы и при достижении эвтектической температуры 246 С жидкая часть сплава, соответствующая по составу точке С (13% Sb + 87% Pb), затвердевает, образуя эвтектику, состоящую из кристаллов Sb и Pb. Аналогично происходит затвердевание всех доэвтектических сплавов. Ниже линии солидуса (246°С) сплавы имеют структуру, которая состоит из кристаллов свинца, выделившегося в интервале температур от линии ликвидуса до линии солидуса, и эвтектики, образовавшейся при окончательном затвердевании сплавов на линии солидуса. Заэвтектический сплав с содержанием 40% Sb выше линии ликвидуса СВ находится в жидком состоянии, и, когда он при охлаждении достигает линии СВ, образуются кристаллы сурьмы, которые продолжают выделяться ДО ЛИНИИ СЕ (246°С). Рис. 15. Диаграмма состоя-В интервале температур ния сплавов медь-никель между линиями  ликвидус и солидус количество кристаллов Sb непрерывно растет, а жидкая часть сплава меняет свой состав; при температуре 246 °С жидкая часть сплава имеет состав, соответствующий точке С (13 % Sb + 87 % Pb), и кристаллизуется с образованием эвтектики. Аналогично затвердевают все заэвтектические сплавы. Только один сплав этой системы— сплав с эвтектической концентрацией (13% Sb + + 87% Pb) затвердевает при одной и той же температуре (246 °С) с образованием структуры, состоящей только из эвтектики без избыточных кристаллов чистого компонента.

7.Ликвация сплавов.Виды.Меры борьбы с ней.

ЛИКВАЦИЯ

(от лат. liquatio - разжижение, плавление), сегрегация (от позднелат. segregatio - отделение), в металлургии - 1) неоднородность хим. состава сплавов, возникающая при их кристаллизации. Л. обусловлена тем, что сплавы, в отличие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной темп-ре, а в интервале темп-р. При этом состав кристаллов, образующихся в начале затвердевания, может существенно отличаться от состава последних капель кристаллизующегося маточного р-ра. Чем шире температурный интервал кристаллизации сплава, тем сильнее развивается Л., причём наибольшую склонность к ней проявляют те компоненты сплава, к-рые наиболее сильно влияют на ширину интервала кристаллизации (для стали - сера, кислород, фосфор, углерод). Л. оказывает, как правило, вредное влияние на качество металла, т. к. приводит к неравномерности его св-в. Различают дендритную Л. (см. Дендрит), к-рая проявляется в микрообъёмах сплава, близких к размеру зёрен, и зональную Л., наблюдаемую во всём объёме слитка.

2) Металлургич. процесс разделения металлов, осн. на расслоении расплава вследствие разницы плотностей его компонентов.

Различают дендритную Ликвация (в металлургии), которая проявляется в микрообъёмах сплава, близких к размеру зёрен, и зональную Ликвация (в металлургии), наблюдаемую во всём объёме слитка. Дендритная Ликвация (в металлургии)выражается в том, что оси дендритных кристаллов отличаются по химическому составу от межосных пространств. Этот вид Ликвация (в металлургии) может быть в значительной степени устранён при длительном отжиге металла (так называемая гомогенизация) в результате диффузии примесей. Зональная Ликвация (в металлургии) выражается в наличии в слитке нескольких зон с различным химическим составом, которые в зависимости от характера отклонений от среднего состава сплава называются зонами положительной или отрицательной Ликвация (в металлургии) Различают осевую и внеосевую Ликвация (в металлургии) Для уменьшения зональной Ликвация (в металлургии)ограничивают размеры слитков, а также применяют специальные металлургические процессы: непрерывную разливку, переплав в водоохлаждаемом кристаллизаторе (электрошлаковый или вакуумный) и т. п.