- •Шишляев, В.Н.
- •1.3.1. Полиморфные превращения
- •2. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ
- •2.3. Свойства металлических расплавов
- •2.3.1. Температура плавления и плотность
- •2.3.2. Поверхностное натяжение
- •2.3.2.1. Поверхностное натяжение и смачиваемость
- •2.3.2.2. Капиллярные явления
- •2.3.2.3. Определение поверхностного натяжения
- •2.3.4. Диффузия в жидких металлах и сплавах
- •Вопросы для самоконтроля
- •3.1. Термодинамические условия кристаллизации
- •3.3. Кинетика кристаллизации
- •3.4. Механизм кристаллизации
- •Вопросы для самоконтроля
- •4. ФОРМИРОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ
- •4.1. Кристаллизация чистых металлов
- •Х/ННчУ
- •4.2.1.1. Концентрационное переохлаждение
- •4.2.1.2. Особенности механизма кристаллизации сплавов, образующих твердые растворы
- •4.2.2. Кристаллизация эвтектических сплавов
- •4.2.3. Эвтектические структуры в реальных сплавах
- •5.2. Основные положения современной теории кристаллизации
- •5.2.2. Формирование центральной равноосной зоны
- •5.3.2. Влияние скорости кристаллизации
- •5.3.3. Влияние перегрева
- •5.3.4. Влияние перемешивания расплава
- •5.3.5. Влияние примесей
- •Вопросы для самоконтроля
- •6.1. Получение отливок с заданной структурой
- •6.2. Величина зерна литых сплавов
- •6.2.1. Границы зерен в литых сплавах
- •6.2.2. Микроструктура литых сплавов
- •6.3.3. Специальные методы модифицирования
- •6.3.4. Виды модифицирования
- •7.1. Дендритная ликвация
- •7.2. Зональная ликвация
- •7.2.1. Прямая зональная ликвация
- •ШШШШШ
- •7.2.2. Обратная ликвация
- •8.1. Растворимость газов в расплавленных металлах
- •8.3. Выделение газов в процессе затвердевания
- •8.5. Неметаллические включения
- •8.6. Методы устранения дефектов газового характера
- •8.6.1. Предупредительные меры
- •8.6.2. Способы удаления газов из расплава
- •8.7. Рафинирование расплавов
- •8.8. Раскисление металлических расплавов
- •Вопросы для самоконтроля
- •9. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ
- •9.1. Кристаллизация при высоких скоростях охлаждения
- •9.2. Получение монокристаллических изделий
- •9.4. Получение компактных нанокристаллических материалов
- •9.4.2. Методы получения наноматериалов
- •Вопросы для самоконтроля
- •10. ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
- •10.1. Жидкотекучесть
- •10.1.1. Виды жидкотекучести
- •10.1.2. Определение жидкотекучести
- •10.1.3. Жидкотекучесть чистых металлов и сплавов
- •10.1.5. Влияние технологических условий литья
- •10.1.7. Заполняемость форм
- •10.2. Усадка литейных сплавов
- •10.2.4. Определение объемной усадки
- •10.2.7. Устранение усадочных раковин
- •10.2.8. Герметичность сплавов
- •10.3. Напряжения в отливках
- •10.3.1. Классификация напряжений
- •10.3.2. Методы снижения напряжений
- •10.4. Горячеломкость сплавов
- •10.4.1. Виды трещин в отливках
- •10.4.2. Оценка горячеломкости сплава
- •10.4.3. Факторы, влияющие на горячеломкость сплавов
- •10.4.4. Пути снижения горячеломкости
- •Вопросы для самоконтроля
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
осей дендритов. Линейная скорость роста вершин дендритов по главным осям существенно выше, чем скорость роста в боковом на правлении, т.е. по осям второго и более высокого порядка.
4.2.2. Кристаллизация эвтектических сплавов
При кристаллизации многих сплавов протекает эвтектическое превращение и в структуре появляется эвтектическая составляющая. Эвтектические составы в ряде случаев обладают уникальным сочета нием литейных, механических и технологических свойств, поэтому сплавы чисто эвтектического состава или сплавы с определенной до лей эвтектики находят широкое применение в промышленности.
Составу эвтектики соответствует пересечение двух нисходящих ликвидусов на диаграмме состояния (см. рис. 40, г), т.е. температура плавления у эвтектического сплава ниже, чем у любого другого сплава данной системы. В переводе с греческого слово «эвтектиче ский» означает «самый легкоплавкий». В связи с этим к достоинст вам эвтектических сплавов можно отнести минимальные затраты энергии на плавку.
Жидкость эвтектического состава кристаллизуется при постоян ной температуре, как чистые металлы. С позиций термодинамики при температурах выше эвтектической существует одна жидкая фаза, а при температурах ниже эвтектической в двухкомпонентных спла вах в равновесии находятся две разные твердые фазы. Если число компонентов в сплаве больше двух, то при эвтектической кристалли зации образуется большее количество твердых фаз. При равновесной кристаллизации эвтектического сплава структура должна представ лять собой монокристаллы двух или более твердых фаз. Под влияни ем различной скорости кристаллизации и некоторых других факто ров получается поликристаллическая структура, более разнообраз ная, чем при кристаллизации твердых растворов. Это подтверждается металлографическими исследованиями. Даже в двойных эвтектиче ских сплавах обнаруживаются сложные структурные образования. Общей чертой эвтектических структур является неизменное наличие двух и более фаз.
Все эвтектические структуры в зависимости от вида и распреде ления твердых фаз можно разделить на пластинчатые, стерженько-
вые и прерывистые. На рис. 56 схематически изображены основные виды эвтектических структур.
а |
в |
г |
Рис. 56. Схема |
эвтектик различных видов: а - пластинчатая; |
|
б - стерженьковая; в - прерывистая глобулярная; г - |
прерыви |
|
|
стая игольчатая |
|
Прерывистые |
эвтектики подразделяются на |
глобулярные |
и игольчатые. В реальных сплавах можно наблюдать и другие эвтек тические структуры, но анализ показал, что они являются лишь мо дификациями трех перечисленных типов структур. Более того, суще ствует мнение [17], что эвтектические структуры всех типов всего лишь вырожденные формы пластинчатой структуры. Этот вывод сделан на основании того, что эвтектики в сплавах из чистых метал лов имеют обычно правильную пластинчатую структуру, видоизме няющуюся под воздействием примесей.
Образование пластинчатой структуры первым попытался объяснить Тамман. По его схеме слои (пластины) двух твердых фаз отлагаются поочередно. Их поверхности параллельны фронту кри сталлизации. Вначале появляется пластина одной твердой фазы. Рас плав перед ней постепенно обогащается другим компонентом и дос тигает какого-то критического значения, при котором начинает отла гаться пластина второй фазы, и т.д., до завершения кристаллизации.
Современные исследования показали, что эвтектические струк туры формируются двумя различными твердыми фазами, которые зарождаются одновременно (или почти одновременно) и растут в ус ловиях конкуренции. Если обе фазы образуются одновременно, что наблюдается в сплавах из чистых металлов, то они продолжают рост с равной скоростью и образуют пластинки, почти перпендикулярные поверхности формы. Это опровергает гипотезу Таммана о последо вательном росте пластинок.
Каждая пластинка эвтектики имеет свою собственную поверх ность раздела с жидкой фазой. Перераспределение компонентов в жидкой фазе идет за счет поперечной диффузии на участке, равном толщине пластинки, как показано на рис. 57. В процессе роста каж дой пластинки жидкая фаза перед ее фронтом обогащается компо нентом, составляющим основу второй фазы. Так, при кристаллиза ции сплава эвтектического состава из чистых компонентов А и В (правая часть рис. 57) жидкость перед пластинкой твердой фазы из компонента А обогащается компонентом В и наоборот. Стрелками показаны пути поперечной диффузии этих компонентов к растущим пластинкам. Толщина пластинок будет зависеть от скорости роста. Чем больше скорость роста, тем меньше поперечная диффузия, тем тоньше пластинки эвтектики. Одновременно толщина каждой пла стинки будет пропорциональна количеству компонентов в эвтектике.
Рис. 57. Схема роста пластинчатой эвтектики и поперечной диффузии компонентов А и В
Линейная скорость роста эвтектической структуры превышает линейную скорость роста кристаллов любой из фаз в этой же жидко сти. При росте отдельного кристалла а- или P-фазы избыток компо нентов А или В должен отводиться в глубь жидкости на большие расстояния. При совместном росте кристаллов этих фаз происходит боковая диффузия. Путь диффузии (см. рис. 57) не превышает поло вины толщины пластинок. Таким образом, кристаллы обеих фаз как
бы помогают расти друг другу, отбирая избыточные количества сво его компонента из жидкости перед соседней растущей пластинкой.
Стерженьковые эвтектики наблюдаются в сплавах, в которых второй компонент неравномерно распределяется в двух твердых эв тектических фазах. В этом случае пластинка фазы, в которой второй компонент растворяется в больших количествах, будет обгонять в росте вторую пластинку, глубже врастать в расплав и как бы обво лакивать ее. Пластинка второй фазы, отстающая в росте, будет рас падаться на более мелкие ячейки, отделенные друг от друга второй фазой. Схема образования такой структуры показана на рис. 58. В начале кристаллизации образуется типичная пластинчатая эв тектика (см. рис. 58, а \ затем пластинки первой фазы обгоняют в росте пластинки второй фазы (см. рис. 58, б), нависают над ней (см. рис. 58, в) и срастаются в единый фронт, через который прорас тают стержни второй фазы.
а |
б |
в |
г |
Рис. 58. Схема образования стерженьковой эвтектики
Пластинчатые эвтектики и их разновидности растут непрерывно без образования новых зародышей той или другой фазы. Прерыви стые эвтектики отличаются от них как раз тем, что кристаллы од ной из фаз в какой-то момент времени прекращают свой рост, затем происходит образование новых зародышей и т.д.