ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Диаграммы равновесия и фазовые превращения первого рода из "Диаграммы равновесия металлических систем " При нагреве двух или нескольких металлов до достаточно высокой температуры образуется пар, молекулы которого обычно одноатомны, но иногда могут быть и более сложными. Если охладить такой пар при определенном давлении, в конечном счете получится жидкость. В некоторых сплавах может существовать несколько жидких фаз. Однако обычно жидкие металлы полностью растворимы друг в друге. При дальнейшем охлаждении жидкого сплава он затвердевает. [c.7] Структура сплава зависит от условий охлаждения, не для сплава данного состава при определенных температуре и давлении существует равновесное состояние, к которому постепенно приближается сплав, если его выдерживать достаточно длительное время. Поскольку равновесное состояние полностью определяется составом, давлением и температурой сплава, можно построить диаграммы равновесия, указывающие структуру сплавов в зависимости от этих переменных. В книге описаны экспериментальные методы построения таких диаграмм. [c.7] Обычно мы имеем дело со структурами металлов и спл)авов, находящихся при атмосферном давлении. Давление их паров настолько мало, что можно пренебречь его влиянием и существованием парообразной фазы (см. ниже). Таким образом, равновесие между твердой и жидкой фазами можно изучать в зависимости только от температуры и состава. Ниже будет показано, что это не всегда бывает оправдано, но для простоты мы принимаем его для большинства рассматриваемых случаев. [c.7] Переход из газообразного состояния в жидкое связан с выделением определенной скрытой теплоты превращения. Между этими двумя состояниями вещества имеется ясное качественное различие, и, поскольку существует резкая поверхностная граница между газом и жидкостью, мы можем говорить о наличии газообразной и жидкой фаз. В масштабе, большем, чем радиус атома, каждая фаза физически и химически гомогенна и отделяется от другой фазы поверхностью раздела. [c.8] В книге Финдлея [1] понятие о фазе формулируется следующим образом Гетерогенная система состоит из различных частей, отделенных друг от Друга поверхностью раздела. Энн гомогенные, физически различные и механически разделимые друг от друга части называются фазам и . [c.8] Такое определение во многих случаях можно считать удовлетворительным, хотя в настоящее время применительно к некоторым превращениям в твердом состоянии трудно дать четкое определение фазы. Для простоты мы вначале рассмотрим лишь те изменения в металлах и сплавах, которые являются фазовыми превращениями в указанном выше смысле, и назовем их фазовыми превращениями первого рода. [c.8] Микроскопическое исследование показывает, что полностью отожженный образец чистого металла состоит из большого количества зерен, отделенных друг от друга границами, которые легко обнаруживаются травлением. [c.8] Границы зерен нельзя считать фазовыми границами, хотя свойства смежных кристаллов и могут оказаться различными это может быть результатом различной взаимной ориентировки зерен. [c.8] Если двухфазный сплав состоит из смеси соприкасающихся друг с другом кристаллов фаз Л и В, то поверхностная энергия, связанная с поверхностью раздела А—В обычно зависит от относительной ориентировки кристаллов названных фаз. В этом случае для истинного равновесия необходимо, чтобы кристалл А соприкасался с кристаллом В по поверхности с наиболее низкой поверхностной энергией. Величина этой энергии часто имеет важное значение для объяснения мелкокристаллической структуры сплавов. Например, известно, что в случае равновесия между твердой фазой и жидкостью растворимость твердой фазы возрастает с уменьшением размеров частицы. Аналогичное явление также наблюдается при взаимодействии между твердыми фазами. Почти во всех работах по изучению диаграмм равновесия влияние поверхностной энергии во внимание не принимается, так как при размерах кристаллов больше 0,010 мм. эта энергия относительно мала. [c.9] Обычно утверждают, что на диаграммах равновесия показаны структуры сплавов в равновесных условиях однако из сказанного выше видно, что это утверждение правильно только отчасти. В обычных диаграммах равновесия не учитываются размеры, форма и взаимная ориентировка отдельных кристаллов, хотя эти характеристики очень важны при определении механических свойств сплава и должны быть приняты во внимание при рассмотрении условий абсолю(тного равновесия в строгом термодинамическом мы лe.i a диаграммах равновесия металлических систем показаны количество и природа, а в некоторых случаях, состав отдельных фаз, присутствующих в сплаве данного состава при данной температуре, в обычных практических условиях, при которых влиянием поверхности, размеров, формы и ориентировки можно пренебречь. [c.9] В книге рассматривается равновесие только в указанном выше смысле. Время, требующееся для достижения равновесия в различных сплавах, изменяется в широких пределах в зависимости от того, связаны ли изменения с атомной миграцией, т. е. с диффузией на большие расстояния, или атомы пере-распредел1яютх я без такого перемещения. [c.9] В случае диффузии условия достижения равновесия в различных сплавах приблизительно можно сравнивать при температурах, составляющих равные части соответствующих абсолютных температур плавления. Однако это приближенное правило имеет много исключений. [c.9] В противоположность этому некоторые превращения, не связанные с перемещением атомов на большие расстояния, происходят очень быстро даже при сравнительно низких температурах. Так, аллотропическое превращение лития, связанное с переходом его решетки из объемноцентрированной кубической Б плотноупакованную гексагональную, сопровождается мартенситными сдвигами атомов и происходит настолько быстро, что не может быть предотвращено даже при температуре —180°. Было также показано, что превращение в железоникелевых сплавах происходит всего лишь при 4° абсолютной шкалы. [c.10] Рассмотрим гипотетический сплав системы, состоящей из двух металлов А а В. Для сплавов, отожженных до равновесия при определенной температуре, влияние первых малых добавок компонента В к А выражается в получении спл1ава с кристаллической структурой основного металла А, называемого первичным твердым раствором. [c.10] Иногда, когда объемный фактор неблагоприятен, получается диаграмма такого типа, как показано на рис. 5. Здесь ликвидус и солидус образуют минимум, при котором обе кривые соприкасаются. Сплав, отвечающий минимальной температуре затвердевания, переходит из твердого состояния в жидкое при одной температуре и кристаллизуется как чистый металл, тогда как остальные сплавы затвердевают в интервале температур. [c.14] Подобно жидкости, которая может при охлаждении расслаиваться на две несмешиваемые жидкие фазы, образовавшийся гомогенный твердый раствор распадается при охл ажде-нии на два твердых раствора одинаковой кристаллической структуры, но разного состава. Кривая XyzwM представляет границу области однородного твердого раствора, а сплав, соответствующий точке р, сог стоит из двух твердых растворов состава у и ш. В рассматриваемом случае вероятно, что вершина кривой в точке Z всегда плавно закруглена. [c.14] Пересекающиеся на рис. 6 кривые АС и F представляют границы между гомогенной областью -фазы и двухфазными областями (а + жидкость) и (а -f- Р)- В качестве общего правила можно указать, что во всех случаях, где такое пересечение имеется в какой-либо части диаграммы равновесия (точка С), кривые, если их экстраполировать за точку пересечения, должны пройти в двухфазную область, как указано пунктирными линиями на рис. 6. Можно показать (см. ниже), что проходящая при экстраполяции в гомогенную а-область кривая, подобная F на рис. 7(a), невозможна. Точнее говоря, это правило применимо только к той части линии F , которая находится в непосредственной близости от точки С, так что кривая, изображенная на рис. 7 (б), возможна, хотя и мало вероятна. [c.15] Согласно упомянутому выше общему правилу, кривые АР и ВР должны при экстраполяции пройти в двухфазные области (Р +жидкость) и ( а + жидкость), как показано на рис. 9. [c.17] Во многих системах сплавов образуются промежуточные фазы, которые могут быть постоянного или переменного состава. Диаграмма, соответствующая этому случаю, состоит из диаграмм, показанных на рис. 6, 8 и 9. [c.17] Если промежуточная фаза вызывает повышение кривой ликвидуса до некоторого максимума, она может образовывать с примыкающей фазой эвтектику, как это изображено в левой асти диаграммы на рис. 10, или перитектику, как показано в правой части рисунка. Этот же принцип можно применить и в том случае, если существует больше одной промежуточной фазы каждая из них может взаимодействовать со смежными фазами по перитектической или эвтектической реакции. [c.17] Вернуться к основной статье