Оглавление:
Неравновесная кристаллизация и перекристаллизация сплавов
- Неравновесная кристаллизация и рекристаллизация сплавов Как упоминалось выше (см. 5.1), диаграмма состояния характеризует равновесное состояние сплава, то есть они характеризуются структурой и температурой сплава, при очень низких скоростях нагрева и охлаждения, при которых диффузия успевает пройти. Нагрев и охлаждение занимают время не в реальных условиях диффузии.
При этом структура сплава отличается от равновесной, состав в каждом кристалле и даже в разных кристаллах разный, а фактические условия нагрева и охлаждения больше отличаются от равновесного состояния. На диаграмме состояния эта ситуация отражается в появлении дополнительных линий, характеризующих неравновесное состояние кристаллизации. Рассмотрим процесс неравновесной кристаллизации сплава с неограниченной растворимостью компонентов(рис. 5.11),
а также ограниченной растворимостью и эвтектическим превращением(рис. 5.12). Людмила Фирмаль
При равновесной кристаллизации твердого раствора из твердотельного жидкого кристалла назначается структура, соответствующая определенной точке на линии Солидуса. Например, Рис 5.11. Диаграмма состояния сплава с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состоянии 186Ф Рис 5.12. Диаграмма состояния сплава, имеющего ограниченную растворимость компонентов в твердом состоянии и эвтектическое превращение При температуре Т4 соответствует точке КП, которая включает в себя состав Кристалла твердого раствора и 50% компонента в, а при температуре Т2 состав
Кристалла твердого раствора а-Кристалла соответствует точке р; при температуре Т3 точки Р1 и При неравновесной кристаллизации того же сплава (в том числе 50% А и 50% В), при температуре выделяются первые кристаллы твердого раствора а, концентрация которых также соответствует точке КХ. Однако при температуре t2 концентрация образованного нового кристалла и ранее высвобожденного кристалла при этой температуре различна. Это связано с тем, что при высокой скорости охлаждения невозможно согласовать химический состав твердофазных кристаллов с диффузией компонентов.
- Однако в этих условиях можно описать процесс кристаллизации, используя среднюю концентрацию, превышающую равновесную концентрацию при данной температуре, и, следовательно, правую часть сплошной линии. При неравновесной концентрации при температуре t4 полное затвердевание сплава отсутствует (наблюдается при кристаллизации в равновесных условиях); при этой температуре еще образуется некоторое количество жидкой фазы. Выбранный Сплав в конечном итоге затвердеет только в том случае, если средний состав твердого раствора а соответствует среднему составу этого сплава. Это делается при температуре t5 (точка Y5). Поэтому при условии неравновесной кристаллизации сплав затвердевает ниже равновесной температуры затвердевания. Линия k1-k5 называется неравновесным твердым телом.
При постоянной скорости охлаждения каждый сплав характеризуется своим неравновесным твердым телом. Поскольку при кристаллизации твердых растворов образуются кристаллы дендритного типа(см. 1.4), периферийный слой Кристаллизированные в последнюю очередь 187кристаллы и межосевые пространства заметно различаются по составу, т. е. внутри отдельных кристаллов наблюдается неоднородность состава. Это явление называется внутрикристаллическим или дендритным разжижением. По мере увеличения разности температур между жидкой фазой и твердой фазой увеличивается разность в составе между жидкой фазой и увеличивается степень
дендритного ожижения. Быстрое охлаждение усиливает проявление дендритной жидкости. Д Людмила Фирмаль
ендритные жидкости можно уменьшить до высоких температур путем нагревать затвердетые сплавы, и обеспечивают сильно эффективный путь диффузии компонентов сплава. Растворимость компонента ограничена, при неравновесной кристаллизации сплава с эвтектическим превращением(см. Рисунок). 5.12) в области образования твердых растворов также наблюдается появление неравновесных твердых тел, и поэтому в этих сплавах также происходит дендритное разжижение. Сплав, расположенный слева от точки n (левая граница линии эвтектического превращения) со структурой a-твердого раствора при равновесной кристаллизации, может иметь эвтектику в результате смещения точки N в сторону компонента низкой концентрации (точки N’) влево при неравновесной кристаллизации.
При высокой скорости охлаждения могут происходить значительные изменения структуры сплава до и после эвтектики в процессе кристаллизации. В результате трансформаторный эвтектический сплав при равновесном состоянии кристаллизации стал эвтектическим, а сам стал квазичастицей. В отличие от неравновесного затвердевания до неравновесной рекристаллизации, неравновесная рекристаллизация сплава требует гораздо большего переохлаждения. Рассмотрим процесс неравновесной рекристаллизации на примере дезинтеграции твердого раствора с изменением конечной растворимости вследствие изменения температуры(рис. 5.13).
В условиях ускоренного охлаждения сплава с пересыщенным твердым раствором (например, сплава I) избыточная фаза имеет более высокую скорость охлаждения, 188F, ниже температуры, расположенной в линии равновесия (линии DF) конечной растворимости компонента. 5.13 разложение твердого раствора при ускоренном охлаждении сплава (неравновесная рекристаллизация сплава) При более низкой температуре по отношению к равновесной температуре выделяют избыточную фазу (вместо точки G или 1″Точка 1). Таким образом, количество кристаллов в избыточной фазе увеличивается, и они становятся меньше.
При очень быстром охлаждении может вообще не происходить чрезмерного выделения фазы (линии D и DF»»), т. е. процесс коррозии твердого раствора подавляется. Таким образом, изменяя скорость охлаждения, можно регулировать степень разрушения твердого раствора.
Смотрите также:
| Связь между свойствами сплавов и типом диаграмм состояния | Условия и методика построения диаграмм состояния |
| Понятие о диаграммах состояния тройных сплавов | Основные типы диаграмм состояния |
