7. Ликвация по плотности.

При кристаллизации сплавов по диаграмме состояния как на рис. 17, б, нередко можно наблюдать явление называемое ликвацией по плотности. В некоторых сплавах (например Pb –Sb) выделяющиеся в процессе кристаллизации частицы α- или β-твердого раствора различаются по плотности от остающейся жидкой части сплава; и вследствие этого либо всплывают кристаллы β и соответственно оседают на дно кристаллы α, либо наоборот.

Поэтому в медленно охлажденном доэвтектическом сплаве в результате ликвации верхняя часть слитка обогащается только одним компонентом и состоит только из эвтектики, а нижняя содержит много избыточных кристаллов α и небольшое количество эвтектики.

Чтобы предупредить ликвацию по плотности, сплав быстро охлаждают, а иногда добавляют третий компонент, кристаллизующийся первым в виде разветвленных дендритов, препятствующих расслоению сплава.

8. Диаграммы состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения.

Полиморфные превращения одного или обоих компонентов сплава изменяют его структуру и свойства. Диаграмма состояния сплавов, образующих твердые растворы с неограниченной растворимостью, в которых один из компонентов А имеет две модификации α и β, представлена на рис. 18.

Все сплавы после затвердевания состоят из однородного β-раствора, который является твердым раствором компонентов А (когда он имеет модификацию β) и В. При понижении температуры β-модификация компонента А превращается в α-модификацию. Поэтому в области диаграммы, ограниченной линиями ас и аb, в равновесии находятся две фазы α+β, где α-фаза является твердым раствором компонента В в α-модификации компонента А, а β-фаза—твердым раствором В в β-модификации компонента А. Ниже линии аb сплавы состоят только из α-фазы. Кристаллические решетки α- и β-твердых растворов различны.

Н

Рис. 18. Диаграмма состояния сплавов,

в которых один из компонентов претерпевает

полиморфные превращения.

а диаграмме линия ас соответствует температуре начала, а линия аb – температуре окончания по-лиморфного превращения. При температурах ниже линии ас β-твердый раствор становится неустойчивым и в его кристаллах возникают зародыши α-твердого раствора. Образующиеся кристаллы α-твердого раствора при понижении температуры изменяют свой состав по линии аb, а кристаллы β-твердого раствора – по линии ас.

При температурах, отвечающих линии аb, полиморфное превращение β→α заканчивается. В сплавах, находящихся между точками b и с, полиморфное превращение при нормальной температуре не заканчивается, и после охлаждения эти сплавы сохраняют двухфазную структуру α+β.

Сплавы, лежащие правее точки с, не претерпевают полиморфного превращения и при всех температурах имеют структуру β-твердого раствора.

Из диаграммы состояния видно, что полиморфное превращение при охлаждении в условиях, близких к равновесию, протекает в интервале температур и сопровождается диффузионным перераспределением компонентов между обеими фазами.

Д

Рис. 19. Диаграмма состояния сплавов, оба компонента которых

имеют полиморфные превращения.

иаграмма состояния сплавов, у которых высокотемпературные модификации компонентов (β) обладают полной взаимной растворимостью, а низкотемпературные (α)—ограниченной, представлена на рис. 19.

В результате первичной кристаллизации все сплавы этой системы образуют однородный β-твердый раствор.

С понижением температуры β-твердый раствор распадется вследствие ограниченной растворимости компонентов в α-модификации. Линии ас и сb соответствуют температурам начала распада β-твердого раствора. При температурах ниже линии ас в равновесии находятся кристаллы твердых растворов β и α,состав которых определяется линиями ас (β-фаза) и аd (α-фаза).

При температурах ниже линии bc в равновесии находятся β- и α^I-фазы. Состав β-твердого раствора при понижении температуры изменяется по линии cb, а α^I-фазы по линии be. По достижении изотермы dce твердый раствор β, состав которого отвечает точке с, при постоянной температуре распадается (С=0): β_с→α_d+α^I_e.

Распад β-твердого раствора на смесь двух фаз α и α^I может быть описан аналогично эвтектическому превращению, но в этом случае исходной фазой будет твердый раствор, а не жидкость. Подобное превращение называют эвтектоидным, а смесь кристаллов – эвтектоидом. Сплавы, расположенные левее точки с, называются доэвтектоидными; сплав, отвечающий точке с, – эвтектоидным; а сплавы, лежащие правее точки с, – заэвтектоидными.

Распад твердого раствора может происходить и в условиях больших степеней переохлаждения. Чем больше степень переохлаждения, тем меньше будет количество избыточных фаз (α или α^I) и больше эвтектоида. В области b^Ica^I избыточные фазы выделяться не будут, то есть будет образовываться квазиэвтектоид, который непостоянен по своей концентрации. В доэвтектоидных сплавах квазиэвтектоид обеднен компонентом В, а в заэвтектоидных – обогащен. Эвтектоид имеет пластинчатое строение и он всегда мельче эвтектики.