Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

штрихованной области

Ъ'са',

образованной продолжением линии ликвидус

ас и be, жидкая фаза окажется пересыщенной как относительно ос-, так

Р-фаз, поэтому в этой области возможна одновременная кристаллизация

а- и

р-твердых

растворов, образующих эвтектику (квазиэвтектику). Рассмо-

трим это на примере сплава 2 (см. рис. 40,

а).

Если температура переохла-

жденной жидкой фазы

будет

находиться

между

эвтектической линией и (

например f

, то из жидкой фазы сначала выделятся кристаллы а-фазы,

а затем закристаллизуется эвтектика. Чем больше степень переохлаждения

жидкой фазы в интервале температур t

— f

, тем меньше образуется избы-

точных кристаллов а и больше эвтектики (квазиэвтектики).

При

переохлаждении жидкой фазы до температуры ниже (

она окажет-

ся

пересыщенной компонентами А и В, из нее одновременно начнут кри-

сталлизоваться а- и Р-твердые растворы, составляющие эвтектику. Эвтек-

тика (квазиэвтектика)

будет

обогащена компонентом А относительно

равновесного состава. Чем больше степень переохлаждения, тем мельче

будут

кристаллы ос- и Р-фаз, образующих эвтектику.

Для некоторых сплавов при определенной скорости охлаждения «пере-

охлажденность»

жидкой фазы по отношению к Р-фазе- больше, чем к ос-фа-

зе.

Это приводит к смещению эвтектической точки с (см. рис. 40, б) вправо,

сплав эвтектического состава должен затвердевать как доэвтектический.

Ликвация

по плотности. При кристаллизации сплавов по диаграмме со-

стояния

типа приведенной на рис. 39 нередко можно наблюдать явление,

называемое

ликвацией

по

плотности.

Например, в сплавах Pb — Sb выде-

ляющиеся в процессе кристаллизации кристаллы ос (твердого раствора РЬ

Sb) или р (твердого раствора Sb в РЬ) значительно отличаются по плот-

ности от остающейся жидкой части сплава и вследствие этого либо всплы-

вают

кристаллы р или

оседают

на дно кристаллы а. В

результате

слиток

получается неоднородным по составу и свойствам. В связи с этим в мед-

ленно

охлажденном доэвтектическом сплаве указанной системы в резуль-

тате

ликвации верхняя часть слитка обогащается сурьмой и состоит толь-

ко

из эвтектики, а нижняя содержит мною избыточных кристаллов а

небольшое количество эвтектики (рис. 41).

Чтобы предупредить ликвацию по плотности, сплав быстро

охла-

ждают,

энергично перемешивают, а иногда добавляют третий компонент,

кристаллизирующийся первым в виде разветвленных дендритов, препят-

ствующих

расслоению сплава. Этот последний способ используют при по-

лучении вкладышей из баббитов.

Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые рас-

творы и перитектику (рис. 42). Линия acb на диаграмме

соответствует

ли-

нии

ликвидус, а линия

adeb

— линии солидус. Точка d характеризует макси-

мальную растворимость компонента В в компоненте А, а точка

е — предельную растворимость компонента А в компоненте В. Линию cde

называют линией

перитектического

превращения. При пери тектической

температуре,, как и при эвтектической,

существуют

три фазы постоянного

состава: жидкая Ж

и два

твердых

раствора: ос,/ и р\. что

соответствует

нонвариантному равновесию и возможно только при постоянней темпера-

туре

Пернтектическое превращение существенно отличается от эвтектическо-

го. Если

эвтектическом превращении из жидкой фазы одновременно

SO B,%

Рис.

41. Неоднородность отливки

(схема),

обусловленная ликвацией по плотности

Рис.

42. Диаграмма состояния сплавов, onpa n ннцнх ограниченные твердые растворы и пре-

терпевающих перитектическое превращение

кристаллизуются

две

твердые фазы,

то при

перитектическом превращении

кристаллизуется только одна фаза,- образующаяся

результате

взаимодей-

ствия ранее выделившейся твердой фазы

жидкой фазой сплава опреде-

ленного состава.

Рассмотрим механизм перитектического превращения.

сплавах,

имеющих концентрацию

между

точками

с и d по

достижении температуры

(линия

cd), в

равновесии находятся жидкая фаза состава точки

с (Ж

(

кристаллы

состава точки

е (р

). При

этой температуре протекает пери-

тектическая реакция

—•

а,

(

+ Ж

результате

которой образуются

кристаллы твердого раствора

а.

В этих сплавах после перитектического превращения

избытке оказы-

вается жидкая фаза. Таким образом, процесс кристаллизации сплавов

при

температуре

не

заканчивается,

и при

дальнейшем понижении темпера-

туры

из

жидкого сплава кристаллизуется а-твердый раствор. После затвер-

девания сплавы

будут

состоять только

из

а-твердого

раствора

(рис. 42).

В сплавах, расположенных

между

точками

due,

образование кристаллов

а происходит

при

температуре

(линия

de)

также

результате

перитекти-

ческого превращения

+ fi

+ P

. Для

этих сплавов соотношение

ре-

агирующих

фаз

характеризуется избыточным количеством Р-фазы, поэто-

му

результате

перитектического превращения часть Р-фазы остается

неизрасходованной

сплавы после затвердевания

будут

иметь

структуру,

состоящую

из а +

р-фаз.

Размеры

форма кристаллов

аи р и их

взаимное расположение зави-

сят

от

условий кристаллизации. Наиболее часто перитектическая

структура

состоит

из

развитых чередующихся кристаллов

аир (см. рис.

31, в).

В сплавах левее точки

происходит кристаллизация

образованием

только а-фазы,

правее точки

кристаллизация

образованием только

р-

фазы.

Для

этой системы структурный

фазовый состав совпадают.

Перитектическое превращение, наблюдается во многих промышленных

сплавах, например в сплавах железа с углеродом (до 0,5%), меди с цинком,

меди с оловом и т. д.

5. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ,

ОБРАЗУЮЩИХ ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Диаграмму состояния сплавов, в которых присутствует устойчивое хими-

ческое соединение А В

, можно разделить на две части (рис. 43). Одна

часть диаграммы характеризует сплавы, образуемые одним из компонен-

тов с химическим соединением (область А — A

), которое играет роль

самостоятельного компонента, а другая часть — сплавы, образуемые

вторым компонентом с этим же химическим соединением (область

В — A

). Каждая часть диаграммы представляет сплавы с ограниченной

растворимостью в твердом состоянии и образованием эвтектики.

Сплавы, расположенные в области у-раствора левее ординаты химиче-

ского соединения A

, представляют собой твердые растворы компонента

в соединении А

; сплавы, расположенные правее ординаты соедине-

ния,

- соответственно растворы компонента В в соединении A

. Твердо-

му раствору на базе компонента А соответствует а-фаза, а на базе компо-

нента В — Р-фаза.

Процесс

кристаллизации А - A

начинается при температурах, со-

ответствующих линии ликвидус abc. При достижении температур, соответ-

ствующих линии ab, начинает кристаллизоваться твердый раствор а, а со-

ответствующих линии be — раствор у. Конец кристаллизации соответ-

ствует

линиям ак, kbf и /с, образующим линию солидус. Линия ак

характеризует температуры конца кристаллизации ос-раствора, а линия'

/с — у-раствора. При температуре, отвечающей горизонтальной линии kbf,

образуется эвтектика

ос

+ у (эвтектика I).

Кристаллизация сплавов В — А

начинается при температурах, со-

ответствующих линии ликвидус cde. При температурах, образующих ли-

нию

ей, из жидкого сплава начинают выпадать кристаллы твердого рас-

твора у, а линию de - кристаллы твердого раствора (3. Линия сп - конец

кристаллизации у-раствора, а линия

те — р-раствора. Линия ndm соответству-

ет температуре образования эвтектики

у + Р (эвтектика II).

В сплавах А — A

ниже линий

солидус (см. рис. 43) ак и /с суще-

ствуют

однофазные структуры а- или

у-растворы, а ниже эвтектической го-

ризонтали

kbf—

избыточные кристаллы

а или у и эвтектика а + у (эвтектика I).

Соответственно в сплавах В — А„В

при

температурах ниже линии сп

будет

только

у-раствор, ниже линии ет — р-раствор и

ниже эвтектической линии ndm — эвтекти-

ка

у + р (эвтектика II) и избыточные

кристаллы у или р.

го

Рис.

43. Диаграмма состояния сплавов-

с образованием устойчивого химиче-

ского соединения А В

и т

6. ОСОБЕННОСТИ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В

СПЛАВАХ

В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ

Во многих сплавах после их затвердевания, т. с. в твердом состоянии, про-

исходят фазовые превращения. Они вызываются полиморфными превра-

щениями

компонентов и распадом твердого раствора в связи с измене-

нием

взаимной растворимости компонентов в твердом состоянии.

Превращения

в твердом состоянии протекают в

результате

образова-

ния

зародышей новой фазы и последующего их роста. Кристаллиза-

ционные

процессы образования фаз в твердом состоянии подчиняются тем

же закономерностям, что и процессы кристаллизации из жидкости. Оста-

новимся

лишь на особенностях превращения в твердом растворе.

Превращения

при распаде твердого раствора или полиморфном пре-

вращении протекают с образованием фаз, имеющих состав, отличный от

исходной матричной фазы, поэтому для гомогенного возникновения за-

родыша новой фазы критического размера необходимо наличие

флуктуа-

ции

свободной энергии и концентрации. Чем больше степень переохлажде-

ния,

тем меньше критический размер зародыша и

требуемые

для его

образования флуктуации свободной энергии и концентрации. Чаще за-

родыши образуются в дефектных

местах

кристаллической решетки, на гра-

ницах зерен, в

местах

скопления дислокаций, на включениях примесей

т. д. (гетерогенное зарождение). Это объясняется уменьшением работы

образования зародышей (по сравнению с гомогенным зарождением), уско-

рением диффузионных процессов и тем самым облегчением получения

концентрационных

флуктуации, необходимых для зарождения новой фазы.

Поэтому чем мельче зерно исходной фазы, тем больше возникает зароды-

шей новой фазы и тем быстрее протекает фазовое превращение. Рост за-

родышей новой фазы происходит неупорядоченным переходом атомов че-

рез границу раздела из исходной фазы во вновь образуемую.

Диффузионная

подвижность атомов в твердом состоянии значительно

меньше, чем в жидкой фазе, поэтому образование и рост зародышевой но-

вой фазы в твердом состоянии затруднены сложностью получения тре-

буемых

флуктуации состава и замедленным подводом атомов одного из

компонентов исходной (матричной) фазы к границам растущего кристалла.

Превращение в твердом состоянии характеризуется также тем, что при

образовании зародыша новой фазы во многих

случаях

соблюдается прин-

цип

структурного и размерного соответствия.

Зародыш новой фазы сопряжен с исходной фазой по определенным

кристаллографическим плоскостям, наиболее сходным по расположению

атомов и по расстоянию

между

ними.

Пока

на границе новой и исходной фаз

существует

сопряженность или

когерентность решеток по определенным кристаллографическим плоско-

стям (рис. 44, а), рост новой фазы происходит с большой скоростью, так

как

атомы перемещаются упорядочение на незначительные расстояния.

Однако образование зародыша новой фазы

влечет

за собой возникновение

упругой

энергии (т. е. энергии

упругой

деформации) за

счет

разности

удельного

объема исходной и новой фаз. Величина этой энергии в неко-

торый момент превышает предел

упругости

среды, что вызывает сдвиго-

вую деформацию, нарушение когерентности и образование межфазовой

Старая

фаза

Новая

/раза

••••••«••••••а

••••••••••••••

»••••

•••••••

•••••••••••а*

••••••••••••

•••••••••••••I

Старая

фаза

Новая

фаза

а)

Рис.

44.

Схематическое изображение соотношений между решеткой

исходной

новой

фаз:

а — непрерывный переход одной решетки

другую

при

росте кристалла нсдаой фазы

(когерентная

связь);

—

неупорядоченность

на

границе, приводящая

нарушению когерентной

связи

границы (рис. 44,6). Вследствие этого когерентный рост становится невоз-

можным.

Когерентный рост может быть нарушен

и при

достижении растущим

кристаллом границы зерна

или

других

дефектов кристалла.

При

высоких температурах когерентность быстро нарушается, посколь-

ку предел упругости оказывается сильно сниженным, однако рост кристал-

лов новой фазы продолжается достаточно быстро,

но уже в

результате диф-

фузионного перемещения атомов

от

матричной фазы

новой через грани-

цу раздела фаз. Такой механизм превращения называется

диффузионным,

или

нормальным.

Если

при

этом

между

исходной

новой фазами

существует

структур-

ное соответствие,

то

новая фаза располагается вдоль определенных

кри-

сталлографических плоскостей исходной фазы

виде пластин

или игл. Та-

кую

структуру

называют

видманштеттовой

Кристаллы новой фазы

ускоренно

растут

в тех

плоскостях

направлениях решетки исходной

фазы,

которых легко обеспечивается ориентационная связь

между

этими

двумя фазами.

При

высоких температурах, когда превращение протекает

по

нормальному (диффузионному) механизму, взаимная ориентация

фаз

возможна только

при их

кристаллографическом соответствии.

Если новая стабильная фаза

по

составу

структуре кристаллической

решетки сильно отличается

от

исходной, нередко возникает метастабиль-

ная

фаза, которая

по

составу

или

структуре является промежуточной.

При

определенных условиях метастабильная фаза переходит

стабиль-

ную,

что

сопровождается снижением свободной энергии. Этот переход

обычно

ведет

нарушению когерентной связи решеток

образованию

обычной межфазной границы

(см. рис.

44,6).

При

больших скоростях охлаждения можно подавить нормальные диф-

фузионные превращения, например полиморфное, распад твердого раство-

ра

и др. В

этом

случае

сплав после охлаждения

будет

состоять

из

метаста-

бильной

при

низкой температуре фазы, устойчивой

при

высокой темпера-

туре.

случае

полиморфного превращения

при

переохлаждении высокотем-

пературной фазы

до

низких температур чаще происходит бездиффузионное

По

имени австрийского исследователя А.Видмащптеттена, который

в 1908 г.

обнаружил

такую структуру

желез

оникелевом

метеорите.

превращение высокотемпературной модификации в низкотемпературную.

Бездиффузионное превращение осуществляется сдвиговым путем. В основе

сдвигового механизма превращения лежит кооперативное и закономерное

перемещение атомов, при которых они сохраняют своих соседей и сме-

щаются по отношению один к

другому

на расстояния, меньше межатом-

ных. Изменение состава фаз при этом не происходит. Такое превращение

называют

мартенситпым,

а образующуюся фазу

мартенситом

'. При про-

текании

превращения образующийся кристалл мартенсита когерентно свя-

зан

с исходной фазой, и его рост идет с большой скоростью (10

м/с) даже

при

температурах, близких к абсолютному нулю, поэтому такое превраще-

ние

называют

атермическим.

При

нарушении когерентности решеток дальнейший упорядоченный

переход атомов из одной модификации в

другую

становится невоз-

можным, и рост кристалла мартенсита прекращается. Диффузионный пере-

ход атомов из одной фазы в

другую

при таких низких температурах прак-

тически исключается.

7. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ

ЧАСТИЧНЫМ РАСПАДОМ ТВЕРДОГО РАСТВОРА

ПРИ

ПОНИЖЕНИИ

ТЕМПЕРАТУРЫ

Диаграмма состояния сплавов с частичным распадом твердого раствора

при

понижении температуры приведена на рис. 45. Линии ас н be, как и

рассмотренной выше диаграмме с ограниченной растворимостью,

являются линиями ликвидус. При температурах, соответствующих линии

ас, из жидкого сплава начинают выделяться кристаллы а (твердого раство-

ра компонента В в компоненте А), а по линии be — кристаллы р-фазы

(твердого раствора компонента А в компоненте В).

Точка d показывает предельную растворимость компонента В в компо-

ненте А при эвтектической температуре, а точка/— при комнатной темпе-

ратуре. Таким образом, линия df характеризует изменение растворимости

компонента В в компоненте А с изменением температуры; ее называют ли-

нией

предельной

растворимости.

Соответственно точки е к к показывают растворимость компонента

в компоненте В при эвтектической и комнатной температуре. При тем-

пературе, соответствующей линии dee, происходит кристаллизация эвтек-

тики:

-»ай+р

Сплавы, расположенные левее точки f, состоят из а-твердого раствора,

а сплавы, лежащие правее точки е,— из Р-твердого раствора, т. е. эти

сплавы однофазные.

После затвердевания доэвтектические сплавы состоят из первичных

предельно насыщенных кристаллов а и эвтектики а + р, а заэвтектические

сплавы — из первичных предельно насыщенных кристаллов твердого рас-

твора р и эвтектики а + р.

Область диаграммы состояния, расположенная

между

кривыми раство-

римости df и ек, соответствует двухфазному состоянию (я + р-твердые рас-

творы). В доэвтектических и заэвтектических сплавах присутствующие

фазы

с понижением температуры меняют свой состав. Это влечет за собой

Обычно мартенситом называют структуру закаленной стали.

Рве

45.

Диаграмма состояния сплавов

ограниченной

растворимостью

твердом состоянии, уменьшающейся

при понижении темпера

при

распад кристаллов

а- и

р-твердых раство-

ров.

При

понижении температуры

из а-фа-

зы

выделяется р-фаза

а из

р-фазы

—

а-фаза. Состав ot-фазы изменяется

по

линии

Р-фазы

по

линии

ек.

После оконча-

тельного охлаждения доэвтектические спла-

вы

будут

иметь

структуру

ау +

эвтекти-

ка

(ау+

РА)

рщ.,

заэвтектические спла-

вы

—

структуру}^.

эвтектика

(ау+р^

+ ац^.

Если

концентрация выбранного сплава

находится

между

точками

duf то в

таком

сплаве

при

температурах ниже линии

df из

а-твердого раствора выде-

ляется р

-фаза.

При

распаде р-фазы

процессе охлаждения,

т. е.

ниже

линии

ек,

выделяется ац-фаза. Рассмотрим более подробно процесс

распада пересыщенного твердого раствора.

Структурные

превращения, обусловленные ограниченной растворимостью

компонентов в твердом состоянии.

Разберем

на

примере сплава

/ (рис. 45)

превращения,

связанные

распадом твердого раствора вследствие умень-

шения

растворимости компонента

В в

компоненте

А с

понижением

температуры.

В сплаве

кристаллизации начинается

при

температуре

заканчи-

вается

при t

Состав жидкой фазы

процессе кристализации изменяется

по

линии ликвидус,

твердой фазы —

по

линии солидус. Например,

при

температуре

состав жидкой фазы соответствует точке

т, а

а-фазы

—

точке

п.

По

окончании затвердевания сплав состоит только

из

кристаллов

а-

твердого раствора.

При

дальнейшем охлаждении

по

достижении темпера-

туры ^твердый раствор

оказывается насыщенным компонентом

В; при

более низких температурах растворимость второго компонента умень-

шается,

поэтому

из

ос-раствора начинает выделяться избыточный компо-

нент

виде кристаллов

Рн.

При

температурах ниже

сплав состоит

из

двух

фаз:

кристаллов

а-

твердого раствора

вторичных кристаллов Рп-твердого раствора. Состав

кристаллов а-твердого раствора

понижением температуры изменяется

по

линии

df, а

кристаллов Р-твсрдого раствора —

по

липни

ек;

например,

при

температуре

состав а-фазы определяется точкой

состав р-фазы

точ-

кой

Количественное

соотношение

между

кристаллами а-твердого раствора

Я выделившимися вторичными кристаллами Р-твердого раствора может

быть установлено

по

правилу отрезков:

Так как

компонент

может растворять компонент

Л, то из

а-твердого раствора выде-

ляются

не

кристаллы компонента

В, а

кристаллы

[!-твердого

раствора,

а т

р-тиердого раство-

ра кристаллы а-твердо!

раствора. Кристаллы, выделившиеся

из

твердого раствора, называют

вторичными

обозначают

данном

случае

символами

з (|! )

воишчне

от

первичных

(Р

;

)

кристаллов, выделяющихся

из

жидкой фазы. Выделение вторичных кристаллов

из

эвтектиче-

ских составляющих

сi

рукiурпо

не

обнаруживается,

так кик они

объединяю гея

с со-

ответствующими фазами дагекшки.

После

окончательного охлаждения сплав

будет

состоять из кристаллов

а-твердого раствора состава, отвечающего точке / и некоторого количе-

ства избыточных (вторичных) кристаллов р-твердого раствора состава точ-

ки

к (см. рис. 31,6).

Зародыши

кристаллов р образуются в первую очередь на границах ис-

ходных кристаллов а-твердого раствора. Кристаллы Рп при выделении

условиях медленного охлаждения и интенсивного развития диффу-

зионных

процессов оказываются сравнительно крупными и равноосными

Состав а- и Р-фаз различный, поэтому для образования Р-фазы необходи-

мо диффузионное перераспределение компонентов. При высоких скоростях

охлаждения диффузионные процессы, необходимые для образования Р-

фазы

не успевают пройти, и р-фаза не выделяется из

ос-фазы.

Это означает, что твердый раствор

будет

переохлажден без его распада

до низких температур. Такой а-твердый раствор

будет

пересыщен

компонентом

В, и состав его

будет

соответствовать не точке f, a

точке /'.

Быстрое охлаждение, задерживающее выделение избыточного компо-

нента

и фиксирующее после охлаждения состояние (или концентрацию),

которое сплав имел при высокой температуре, называют закалкой. Зака-

ленный

и пересыщенный твердый раствор неустойчив и при нагреве, а

некоторых случаях и при комнатной температуре начинает распадаться.

Скорость

распада пересыщенного твердого раствора увеличивается при

повышении

температуры нагрева.

На

начальных стадиях распада в пересыщенном ос-твердом растворе

образуются объемы, обогащенные компонентом В, получившие название

зоны

Гинье — Престона (ГП).

Зона

(ГП-1) представляет собой, например, в сплавах А1 - Си

ДИСКИ

диаметром 40

—

60 А и толщиной в несколько атомных слоев при сохране-

нии

кристаллической решетки исходного а-твердого раствора.

При

дальнейшем развитии процесса распада зоны ГП-1

растут,

и раз-

мещение

атомов в них становится упорядоченным (ГП-2), близким к кри-

сталлической решетке избыточной фазы. При повышении температуры

(или

увеличении длительности выдержки при данной температуре) на базе

зон

ГП (или самостоятельно после растворения зон) образуются зароды-

ши

р-фазы и происходит их рост.

Нередко

при старении вместо стабильной Р-фазы образуется метаста-

бильная

Р'-фаза, которая по

структуре

или по составу является промежу-

точной

между

а- и Р-фазами. Далее метастабильная Р'-фаза переходит

стабильную р-фазу. Следовательно, распад пересыщенного а-раствора

происходит но ступеням, при малых структурных (концентрационных) раз-

личиях

между

отдельными стадиями превращения, через метастабильные

фазы.

Решетка

метастабилыюй р'-фазы на первых этапах выделения когерент-

При нитроне и енлаках с oipaiiiniciiiioii расширимостью компииешив в шердом

СОСТОЯ-

НИИ

фазовые превращения протекают в обратном направлении.

но

связана с матрицей. При повышенных температурах когерентность на-

рушается, и Р'-фаза «отрывается» от а-раствора.

Зоны

ГП или дисперсные частицы избыточной Р'- и Р-фаз повышают

прочность и твердость сплава (см. стр. 110).

Распад пересыщенного твердого раствора, полученного путем закалки,

связанный

с упрочнением сплава, называют

дисперсионным

твердением,

или

старением.

Образовавшиеся при старении дисперсные частицы избыточных фаз

имеют пластинчатое строение.

При

нагреве сплава в области а + Р-фаз (см. рис. 45) выделения Р-фазы

превращаются в сферические и

растут.

Это приводит к уменьшению меж-

фазной

поверхности и понижению свободной энергии. Образование сфери-

ческих частиц, например, из пластинчатых выделений называют

сфероиди-

зацией,

укрупнение выделений —

коагуляцией.

Процессы коагуляции и сфероидизации происходят путем переноса ве-

щества (диффузии) через твердый раствор. При коагуляции более мелкие

частицы Р-фазы растворяются, более крупные

растут,

причем матричный

твердый раствор при этом обедняется избыточным компонентом.

Вблизи более мелких частиц концентрация второго компонента В в ма-

тричном а-твердом растворе выше, а в объемах, прилегающих к более

крупным частицам фазы, ниже. Благодаря перепаду концентрации компо-

нент В диффундирует в а-твердом растворе от границы раздела с диспер-

сной

частицей к границе раздела с крупной частицей, компонент А — от

крупной к мелкой. Такое диффузионное перераспределение компонентов

приводит к тому, что у более крупных кристаллов Р-фазы твердый

раствор а оказывается пересыщенным, что вызывает их рост. Около

более дисперсных частиц твердый раствор, наоборот, становится нена-

сыщенным,

и они растворяются.

Коагуляция и сфероидизация частиц упрочняющей фазы сопровождает-

ся

разупрочнением сплава и повышением его пластичности.

Термическую обработку, вызывающую полный распад твердого рас-

твора, коагуляцию и сфероидизацию избыточной фазы, а как следствие

этого, разупрочнение сплава, называют

отжигом.

8. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ,

КОМПОНЕНТЫ

КОТОРЫХ ИМЕЮТ ПОЛИМОРФНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Полиморфные

превращения одного или обоих компонентов сплава изме-

няют его

структуру

и свойства. Такие превращения происходят во многих

промышленных сплавах, например сплавах железа, титана и др.

Диаграмма состояния сплавов, образующих твердые растворы с не-

ограниченной растворимостью, в которых один из компонентов А имеет

две модификации А

и Лр, представлена на рис. 46.

В случае, приведенном на рис. 46, я, все сплавы после затвердевания со-

стоят из однородного р-раствора, который является твердым раствором

компонентов /1р (в состоянии, когда он имеет р-модификацшо) и В. При

понижении

температуры Лр-модификация превращается в

Л-(-модификацию. В связи с этим в области, ограниченной линиями ас

ah, в равновесии находятся две фазы а + р, где а-фаза является твердым

го

SO B,%

Pic.

46. Диаграммы состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения:

а — полиморфные превращения одного компонента; Ь — то же,

двух

компонентов и образо-

вание эвтектоида

раствором компонента В в а-модификации компонента А; а Р-фаза

твердым раствором В в р-модификации компонента А. Ниже линии аЪ

сплавы состоят только из а-фазы. Кристаллическая решетка а-раствора от-

лична от решетки р-раствора. На диаграмме (рис. 46, а) линия ас при

охла-

ждении соответствует температуре начала, а линия ab — температуре окон-

чания

полиморфного а-> Р-превращения.

При

температуре ниже ас р-твердый раствор в условиях равновесия

становится неустойчивым, и в его кристаллах возникают зародыши а-твер-

дого раствора. Развитие превращения Р

а возможно только при дальней-

шем охлаждении сплава. Образующиеся кристаллы а-твердого раствора

при

понижении температуры изменяют свой состав по линии ab, а кри-

сталлы р-твердого раствора — по линии ас.

При

температурах, отвечающих линии ab, полиморфное р->

-> а-превращение заканчивается, и при более низкой температуре сплавы

имеют однофазную

структуру

а-твердого раствора. В сплавах, находящих-

ся

между

точками Ъ и с, Р -»а-превращение при комнатной температуре не

заканчивается, и после охлаждения эти сплавы сохраняют двухфазную

структуру

а + р.

Сплавы, лежащие правее точки с, не претерпевают полиморфного пре-

вращения и при всех температурах имеют

структуру

р-твердого раствора.

Из

диаграммы состояния видно, что полиморфное р -> а-превращение

при

охлаждении в условиях, близких к равновесию, протекает в интервале

температур и сопровождается диффузионным перераспределением компо-

нентов

между

обеими фазами.

Диаграмма состояния сплавов, у которых высокотемпературные моди-

фикации

компонентов (Р) обладают полной взаимной растворимостью,

а низкотемпературные (а) — ограниченной, приведена на рис. 46, б. В ре-

зультате

первичной кристаллизации все сплавы этой системы образуют

однородый Р-твердый раствор.