книги из ГПНТБ / Бунин К.П. Анализ фазовых равновесий и кристаллизации металлических сплавов учеб. пособие по курсу Металлография

-71 -

Впрактических условиях на поверхности двухфазного фронта кристаллизации происходят изменения микрорельефа, начало коте— оых показано на рис. 40,6 . Жидкий раствор перед участком какойдиоо из фаз ооогшлен растворенным компонентом. В связи с образо­ ванием зоны концентрационного переохлаждения на поверхности этой лазы ^например, ск, ) появляются выступы. Возникновение боковых концентрационных градиентов приводит к обогащению жидкости, раз­ деляющей выступы, компонентом Б. При описанной ранее однофазной кристаллизации это обогащение приводило бы к образованию длинных межячеистых каналов, затвердевающих в последнюю очередь и обра­ зующих суограгошы. Теперь же большое значение имеет присутствие

зядом с отмеченным участком второй твердой фазы эвтектики /б -

твердого раствора. Ответвления 0 врастают в жидкость, обогащенную компонентом Б. и Фиксируют расчленение пластины оС - фазы (рис.

40.в ). Аналогичные сооытия наблюдаются и на фронте кристаллиза­ ции d - пазы. Дифференцировка эвтектики уменьшается.

При формировании эвтектической колонии одна из кристалли­ ческих ФНЗ играет доминирующую роль. Эта фаза является базовой - в данной системе колонии возникают на базе кристаллов этой фазы. 3 процессе роста колонии ответвления базовой фазы обычно первыми врастают в жидкости, в связи с чем можно говорить о том, что эта Фаза "ведет" эвтектическую кристаллизацию. Наиболее отчетлизо ведущая роль базовой фазы проявляется в наследовании эвтекти­ ческой колонией Формы кристаллов э*ой фазы. Другими словами, в зависимости от режима охлаждения сплава при затвердевании эвтек­ тическая колония приобретает форму таких'же полиэдров, дендритов или сшеоолитов. какие характерны для происходящей в сходных усло­ виях однофазной кристаллизации базовой фазы и обусловлены особен­ ностями ее кристаллохимической природы.

- 72 -

Эти хе особенности в существенной мере определяют и архитек­

тонику эвтектических колоний, вид их сечений на микрошлифах. Если для ведущей фазы характерно образование в процессе однофазной кри­ сталлизации правильных кристаллогеометрических форм, то и зерна эвтектик имеют такие же формы. В зависимости от объемной «оли, занимаемой ведущей фазой в эвтектике, возникают скелетные (рис. 41,а ) или сотовые (рис. 41,6 ) структуры. Если же ведущей фа­

зе присущи геометрически неправильные формы роста, то в эвтектические

колонии имеют такие же неправильные формы (рис. 41,в ).

Рассмотренная картина характерна для нормальной эвтектической

кристаллизации, признаком которой является прямой контакт обеих кристаллических фаз с распадающейся жидкость».

Эвтектическая кристаллизация, однако, может происходить и

от жидкости (рис. 42). Конечным результатом абнормального эвтекти­

- 74 фазы и для диффузия компонента Б в противоположном направлении.

Движущей силой диффузии является различие химических потенциалов,

описывается точкой 10. Разность химических потенциалов, обуслов­ ленная перепадом концентраций CJQ - Cg, и определяет диффузию компонента А в Jj> - растворе от границы с жидкостью к границе с

последней компонентом Б здесь постоянно поддерживается возможность дальнейшей кристаллизации J$ твердого раствора. Эти процессы за­

вершаются с исчезновением жидкости и сплав приобретает структуру, состоящую из кристаллов сС -фазн, заключенных в кристаллах ft •

Схема образования такой эвтектической структуры, называемой ао— нормальной или вырожденной, представлена на рис.- 42.

Рассмотрим теперь затвердевание сплавов, отличающихся по_ хи­ мическому составу от эвтектического (рис. 43). Этот процесс скла­

дывается из двух этапов: однофазной кристаллизации, в ходе кото­ рой выделяются первичные кристаллы одной из фаз, а жидкость при­

нимает эвтектический состав, и эвтектического распада этой жидко­

сти. Выше приведен детальный анализ каждого из таких этапов. По­ этому ограничимся кратким описанием микроскопической лартинн структурообразования в до- и заэвтектических сплавах.

Доэвтектический сплав состава начинает затвердевать при

- 7э -

авреохлаждении до температур ниже ликвидуса АЕ. В жидкости зарож­ даются ж растут кристаллы с?С фазы (рас. 44,а ), при этом жидкий ""створ обедняется компонентом А. Изменение состава <у(/ - фавн в этюдесое кристаллизации можно приближенно описать движением ее фи­ гуративной точки по линии ликвидуса ( Cj — * С 3 — * С и ) , измене­ ние состава жидкости - движением ее фигуративной точки по Л Е Д И

ликвидуса ( С2 — С 4 —г- Cg ) .

количественные соотношения первичной аС - фазы и жидкости яа различных температурных уровнях можно определять уравнениями:

ашеость эвтектического состава Cg при переохлаждении ниже темпе-

i эвтектикой зависит не только от химического состава сплава, но

1 от СКОРОСТИ охлаждения ПРИ кристаллизации. При ускоренном ох­ лаждении количество первичной сС - фазы,выделяющейся до нача­ ла совместной кристаллизации обеих твердых фаз, уменьшается, а количество эвтектики - увеличивается. В доэвтектических сплавах,

- 76 -

Рис.43

- 78 -

тектическом расплаве сразу же начинается формирование эвтектиче­ ских колоний. Полученная в этих условиях эвтектика имеет состав, отличный от Cg и ее называют квазиэвтектикой. Металлографическое разделение квазиэвтектических и эвтектических структур затрудни­ тельно, и для определения положения на диаграмме состояния доэвтектических сплавов, содержащих квазиэвтектику, следует обращать­ ся к химическому анализу.

В доэвтектических сплавах с малой степенью эвтектичности эв­ тектический распад остатков жидкости может осуществляться без об­ разования колоний. Кристаллизация, например, сплава состава Сд%,

начинается с зарождения оС - фазы ниже 7~ж (рис. 43 ) и к моменту

достижения эвтектической температуры приводит к тому, что основной объем сплава состоит из кристаллов сС , а остатки жидкости эвтекти­ ческого состава заполняют сравнительно узкие промежутки между вет­ вями дендритов оС (рис. 45). Пользуясь правилом отрезков

Ж гМ

сможно убедиться в том, что жидкость составляет менее 20* сплава. Малая протяженность диффузионных расстояний определяет возможно­

сть раздельной кристаллизации фаз при распаде остатков жидкости

твердый раствор образуется в промежутках между этими кристалла­ ми. Формируется структура двухфазного конгломерата (рис. 45,в ).

Заэвтектические сплавы - например, сплав состава Сд (рис. 43) кристаллизуется также в два этапа. Сначала в температурном интер­ вале между ликвидусом БЕ и солидусом НЕ в жидкости формируются

первичные кристаллы 0 - фазы (рис. 46, а,б ) . По мере их вы­

деления жидкость обедняется компонентом Б и остаток ее, принимашия эвтектический состав, при переохлаждении ниже ТЕ , превра­ щается в эвтектику ipnc. 46,в ).

-80 -

§5. ПВРИТЕКТЙЧЕСКАЯ КРИСТАЛМЗАЛИЯ.

.еритектическое превращение встречается при кристаляизатзш металлических сплавов почти столь же часто как и эвтектическое.

Пример диаграммы состояния перитектического вида приведен на рис. 47. Образование кристаллической фазы в ходе певитектичеокой реак­

ритектической температуры сплав представляет собой двухфазную систе­ му: в остатках жидкости, имеющей состав Сн , расположена кристал­

Ж- Ш

<* 'ПН

При переохлаждении этой системы ниже Т~п появляется термоди­

намический стимул к зарождению и росту новой кристаллической фазы

$ - твердого раствора. С ее появлением начинается второй

этап затвердевания - собственно перитектичеокое превращение. Как и эвтектическое превращение в сплавах, оно происходит в условиях сосуществования трех фаз: одной жидкой и двух кристаллических.

Рассмотрим микрокартину превращения при 7~Z , когда исходное со­ стояние переохлажденной жидкости описывается точкой 3, а исходное