Файл: Бунин К.П. Анализ фазовых равновесий и кристаллизации металлических сплавов учеб. пособие по курсу Металлография.pdf

-88 -

§6. МОВОТЕКТИЧЕСКАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ.

Переход от однофазной кргсталлирзции к эвтектическому распа­ ду жидкс ;ти связан, как показано выше, с ограниченной растворимо­ стью компонентов в твердом состоянии. Несходство атомов компонен­ тов может бить настолько значительным, что ограниченная раствори­ мость их наблюдается и в жидком состоянии. В этом случае при за­ твердевании сплавов может происходить монотектическое превращение

сущность которого заключается в распаде жидкого раствора на крио-

Пример диаграммы монотектического типа приведен на рис. 54.

Здесь М - монотектнческая точка, Л Ш - изотерма трехфазного моно­

тектического равновесия. Опиравшаяся на эту изотерму теяпературноконцентрационная область, ограниченная куполообразной пунктирной линией, является областью сосуществования двух жидких растворов.

Рассмотрим вначале микроструктурную картину превращения в мо-

готектнческом сплаве состава См • При переохлаждении сплава ни-

~г

i e монотектической температуры, например, до /& , состоят»

эдкого раствора описывается фигуративной точкой а. Он пересыщен ^повременно обоими компонентами, отрезок a l характеризует степень пересыщения компонентом А, отрезок а2 - степень пересыщения компо­ нентом Б. В связи с ятям в жидкости с одной стороны происходит »арождение кристалловJ$ - фазы, состояние которой описывается точкой 3. С другой стороны происходит образование нового жидкого таствора, отличающегося от исходной жидкости более высокой кон­ центрацией компонента А - состояние этого раствора описывается

- 89 -

Рис.54

- 90 - точкой 4. Возникновение нового жидкого раствора можно представить

как образование эмульгированной системы: капли новой жидкости ^fCy

распределены в исходной J/Cz (рис. 55,а). Из-за различия ком­ понентов по плотности рано или поздно развивается гравитационная ликвация и происходит разделение жидкостей на два слоя.

И в случае расслоения, и в эмульгированной системе - исход­ ный жидкий раствор сосуществует с кристаллами Jfy и участ­ ками жидкости JfC-f . В этих условиях pacTBOp*J%^ химически неод­ нороден. На границе сjQ - фазой его состав близок с Сл , на гра­

никновение новых участков этой фазы, диффузионные потоки атомов Б направлены к границе OfC^Ij3 и здесь постоянно поддерживается возможность выделения из жидкости Ofl^ кристаллов $ - фазы. Эте реакция распада идет до исчезновения последних объемов исходное

Поскольку на диаграммах состояния рассматриваемого типа точка П.

часто сдвинута к одной из осей, то после завершения монотектического превращения структура монотектического сплава представляет собой каркас из дендритов J5 - фазы с участками новой жидкости y/Tti , располагающимися в междендритных и межветвиевых промежут­ ках '•рис. 55,6 К

Завершение монотектического превращения не означает оконча­ ния затвердевания сплава. Дальнейшее охлаждение его в интервале между монотектической Тм и эвтектической ТЕ температурами при-

- 9 1 -

Рис. 55

нижен^ем температуры уменьшается в соответствии с расположением

ской температуры ТЕ приобретает эвтектический состав Cs . При переохлаждении сплава ниже Тв они превращаются в эвтектику <^ + j5 и затвердевание сплава завершается (рис. 55,в ). Как пра­ вило, эвтектическая точка Е также сдвинута к одной из осей (как и эксцентричное расположение монотектической точки это связано с тем, что ограниченная растворимость компонентов в жидком состоя­ нии должна наблюдаться в области средних концентраций). Поэтому, к моменту достижения эвтектической температуры, количество жид­ кости обычно невелико. Определяемое с помощью правила отрезков в рассматриваемом нами сплаве оно равно

Ж- м

/" 5£

'"алые диффузионные расстояния, а также малая доля о<. твердого раствора в эвтектике предопределяет склонность эвтектических фав к раздельное кристаллизации. Эвтектическая j3 - фаза наслаивает­

ся на имеющихся кристаллах, в промежутках между которыми кристал­ лизуется cL - твердый раствор (рис. 55,г ) . Такая конгломерат­ ная структура является для монотектических сплавов наиболее харак­ терной.

Монотектическое превращение претерпевает все сплавы анализи­ руемой системы, составы которых размещены на отрезке С/i - Си •

наиболее своеобразен процесс формирования структуры домонотектических сплавов, расположенных левее точки м

- 93 -

Фазовые превращения при охлаждении домонотектического сила— ва состава ц-А начинаются с разделения жидкого раствора на две

несмешивающиеся жидкости J T ^ H Вше линии расслоения сп­

лав представ,лет собой макрос эпически однородный жидкий раствор.

ПРИ переохлаждении его появляйся участки жидкости, наиболее ве- роя.-юй формой которых должна быть шаровидная (рис. 56,а ).

Подобно другим фазовым переходам I рода описываемый процесс осуществляемся путем образования зародышей новой фазы и их даль­ нейшего росте., питаемого диффузионным перераспределением компонен­ тов. Так, возникновение первых капель жидкости состава 6 при­ водит к тому, что исходная жидкость становится химически неоднород­

ной: на гра;шпе с каплями такой жидкости она имеет состав, близ-

п

кий к С-г , а вдали от них сохраняет более высокую ".онпентрапию

п£

компонента Б - L>6 . Обусловленная возникновзн**/зм концентрационных градиентов разность химических потенциалов компонента Б стимулиру­ ет диффузионные потоки атомов Б к участкам новой фазы и увеличе­ ние их размеров.

С понижением температуры доля новой жидкости увеличива­ ется. Пользуясь правилом отрезков, можно указать для каждого тем­ пературного уровня составы обеих фаз и количественные соотношения между ниш:

пш 16 • ж, "6-6 ' ащ г 'Жг ' г-8

Ааменение состояния жидкости ~%Гг » обогащенной компонентом 5. описывается движением ее фигуративной точки по правой ветви пунктирного купола. При достижении монотектической температуры эта жидкость приникает монотектический состав С/ч . Изменение состояния жидкости JfCf, обогащенной компонентом А, описывается

Рис.57

з аошессе охлаждения сплава после завершения монотектичежого превращения наблгшается образование кристаллов р в верх­ ней зоне и их дальнейший рост в нижней зоне сплава, поскольку по мере охлаждения растворимость компонента Б в жидком растворе

- 96 -

уменьшается. В ходе этой однофазной кристаллизации остатки жщд-

п

кости обогащаются компонентом А до эвтектического состава {_/£ и процесс затвердевания сплава завершается их эвтектическим распа­ дом. При этом в верхней зоне, где количество жидкой фазн относи­ тельно велико, может образоваться тонкодифференцированная эвтек­

тическая структура, в нижней же зоне большая доля у 5 - фазн

способствует образованию конгломератной структуры (рис. 56,г ) .

вторым этапом структурообразования является монотектический рас­ пад жидкой фазы, в процессе которого она изменяет свой состав от

См до С Л . Третий этап заключается в кристаллизации

идущей при охлаждении сплава в интервале температур между монотектвчеркой и эвтектической, и обедняющей жидкость компонентом Б вплоть до эвтектического состава СЕ . Ва завершающем, четверток этапе остатки жидкой фазы претерпевают эвтектический распад.

Так как эамонотектические сплавы отличаются высокой концент­

рацией Б, то структурной основой их является - твердый.раст­

вор. Из диаграммы состояния (рис. 54) видно, что уже после перво­ го этапа затвердевания сплава состава С} остается немного жидко-

Доля жидкости, претерпевающей эвтектический распад, вовсе незна­