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.

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.

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.