Поверхности раздела в эвтектиках

II. Характеристика поверхностей раздела в эвтектиках [c.354]

Поверхности раздела в эвтектиках [c.355]

Более того, поверхности раздела в эвтектике, обладающие особым кристаллографическим соответствием, оказались чрезвычайно стабильными. В различных моделях предполагается, что сопротивление процессам сфероидизации и укрупнения определяется рядом факторов низкоэнергетическим состоянием поверхности раздела фаз, повышенным совершенством структуры (т. е. уменьшением площади дефектных областей) и увеличенным исходным размером составляющих микроструктуры. [c.370]

Хотя имеется много данных о предпочтительной ориентации поверхностей раздела в эвтектиках, относительно мало внимания уделено изменениям состояния поверхности раздела при воздействии различных сочетаний напряжений и температур. [c.384]

Пластичной полоски модель 289 Поверхности раздела в эвтектиках, влияние на длительную прочность 381—383 [c.432]

К настоящему времени изучен широкий класс эвтектических сплавов, обладающих свойствами композитных материалов. Несмотря на морфологическое разнообразие структур этих сплавов, большинство из них представляет собой распределенный в матрице ориентированный упрочнитель в виде стерженьков (или нитевидных кристаллов) либо ориентированную пластинчатую структуру (рис. 17). Тип структуры зависит, в основном, от объемной доли второй фазы, которая, таким образом, определяет и величину удельной поверхности раздела (общую площадь поверхностей раздела в единице объема). Как правило, эвтектики, содержащие более 30% второй фазы, имеют пластинчатую структуру [17, 39]. При исследовании роли поверхности раздела в процессе деформации эвтектических композитов в первую очередь необходимо изучать кристаллографию поверхности раздела, ее структуру и стабильность. [c.252]

Поверхности раздела в направленно закристаллизованных эвтектиках [c.353]

Для границы фаз при отсутствии когерентной связи можно рассмотреть два случая. Первый случай, когда вторая фаза вышла из недр твердого раствора, прошла через стадию когерентной связи и сформировалась как самостоятельная фаза, например при ст рении алюминиевых сплавов. Второй случай, когда обе фазы образуются из матричной, например при эвтек-тоидном превращении аустенита в перлит или образовании эвтектики из жидкого раствора. По-видимому, состояние поверхностей раздела в этих случаях будет различным. [c.126]

Фазам пластинчатых эвтектик присуща тенденция к предпочтительной относительной кристаллографической ориентации. Для полной (адекватной) кристаллографической характеристики структуры необходимо задать плоскость габитуса пластины, кристаллографические плоскости каждой фазы, контактирующие на поверхности раздела, и взаимно параллельные направления в этих плоскостях. Следует задать и направление роста при стационарной кристаллизации пластины, как правило, располагаются перпендикулярно поверхности раздела твердая фаза — расплав, так что направление роста должно лежать в плоскости раздела пластин. [c.252]

Стабильность является следствием химического равновесия, существующего между фазами композита вплоть до температуры плавления эвтектики исключения представляют лишь случаи фазовых превращений при температурах ниже температуры эвтектического превращения или слабой температурной зависимости растворимости в твердой фазе. Однако для эвтектических композитов характерна большая суммарная площадь поверхностей раздела. [c.256]

Плоский фронт кристаллизации, определяющий образование правильной микроструктуры, отражает тот факт, что энергия поверхности раздела двух твердых фаз меньше энергии поверхности раздела каждой из фаз с жидкостью. Такой минимум поверхностной энергии обусловливает предпочтительное ориентационное соответствие двух твердых фаз. Действительно, во многих эвтектических системах было обнаружено особое кристаллографическое соответствие между фазами, при котором определенные плоскости одной из фаз были параллельны плоскостям другой фазы и плоскостям габитуса пластины, а определенные направления в этих плоскостях взаимно параллельны [29]. Тот факт, что это кристаллографическое соответствие сохраняется в различных зернах эвтектики и в разных отливках, определенно указывает на [c.360]

В волокнистых металлических композитах, за исключением композитов с направленной эвтектикой, волокно и матрица, как правило, не находятся в состоянии химического равновесия. Из всех факторов, воздействующих на усталостную прочность композита, вероятно, самым малопонятным является влияние прочности и микроструктуры на границе раздела волокна и матрицы. Увеличение прочности происходит в результате того, что посредством касательных напряжений усилия передаются через границу раздела волокна и матрицы, и высокомодульные волокна несут большую часть приложенных параллельно им нагрузок. Поверхности раздела играют и другую важную роль в сопротивлении разрушению, контролируя вид распространения трещин они могут отклонять распространяющиеся трещины и задерживать рост трещин. [c.396]

Фронтом кристаллизации (или фронтом роста) называют изотермическую поверхность, являющуюся границей фазового перехода расплав — кристалл и перемещающуюся по сплаву, находящемуся в литейной форме, по мере его кристаллизации. При направленной кристаллизации эвтектических жаропрочных сплавов важным является обеспечение условий роста кристаллов с микроскопически плоской поверхностью раздела твердая фаза—расплав (т. е. реализация так называемого плоского фронта кристаллизации). Существенное влияние на характер структуры, фазовый состав сплава и дисперсность составляющих фаз оказывают скорость перемещения фронта кристаллизации и (м/с) и осевой градиент температуры на фронте роста О (К/м). Так, например, рост скорости охлаждения = Оу (К/с) приводит к измельчению зерен упрочняющей фазы, эвтектики (у + у ) [c.364]

Во время установившейся стадии направленной кристаллизации эвтектики плоский фронт совместного роста двух фаз может локально нарушиться. Это вызывает рост в направлении неплоского фронта кристаллизации и приводит к образованию колоний или ячеистой микроструктуры. Указанное нарушение плоского фронта связывается с явлением переохлаждения на поверхности раздела, вызванного примесями. [c.116]

Получение в лабораторном масштабе направленных эвтектик никелевых и кобальтовых сплавов является в настоящее время отчасти искусством и в научном аспекте требует развития. Каждая экспериментальная установка уникальна, а стандартной методики не имеется. В основном для получения этих эвтектик оказался предпочтительным метод кристаллизации в вертикальном направлении (движении поверхности раздела вверх) вследствие более симметричной отдачи теплоты при этом расплав остается неподвижным. Нагрев обычно производится с помощью индукционных печей или печей сопротивления с большой тепловой массой. [c.128]

Эвтектика с ненаправленной структурой подвержена сильному разупрочнению при высоких температурах [5, 14J. В большинстве случаев это определяется приведенными напряжениями сдвига, действующими вдоль оси волокон и приводящими либо к сдвиговому разрушению матрицы, либо к разрушению по поверхности раздела матрица — волокно (или пластина). Разрушение сдвигом вдоль усов наблюдалось даже при комнатной температуре в том случае, когда создаваемые при изгибе сдвиговые напряжения были параллельны поверхности раздела в эвтектике А1—GuA [28] или когда сдвиговые напряжения создавались при кручении композита NisAl—iNisNb [69]. [c.383]

Имеются некоторые соображения относительно роли термической стабильности преимущественно ориентированных поверхностей раздела в эвтектике под воздействием напряжений. Возможно, полукогерентные поверхности раздела (стабильные) могут превращаться в некогерентные (нестабильные) из-за концентраторов напряжений, создаваемых дислокациями на границах. [c.384]

Показано, что несколько возможных механизмов определяют прочностные свойства звтектик. Два из них непосредственно связаны с особым состоянием поверхности раздела в направленно закристаллизованных эвтектиках — это взаимодействие дислокаций скольжения с дислокациями на полукогерентных поверхностях раздела и ограничение механиЗ Мов деформации соседних фаз за счет ориентационных эффектов. [c.384]

Вследствие процессов растворения одного из компонентов и повторного выделения его при изотермических или циклических отжигах, поверхности раздела в эвтектических композициях, упрочненных монокарбидами тантала, гафния или ниобия, утрачивают свою стабильность. На рис. 22 показана микрофотография боковой поверхности нитевидного кристалла ТаС после термоциклиро-вания эвтектики Со (Сг, Ni) — ТаС в интервале 1100° С 400° С в течение 2000 циклов. Первоначально гладкие боковые поверхности усов после термоциклирования превращаются в зазубренные. Естественно, такое изменение морфологии нитевидных кристаллов в первую очередь отражается на механических свойствах. [c.66]

Первоначально при выборе матрицы и волокна для всех систем предполагали использовать те же основные принципы, что и для модельных систем. Джех и др. [22] показали справедливость правила смеси для композитов как с непрерывными, так и с короткими волокнами, избрав для этого систему медь — волокно. Медь и вольфрам, по существу, взаимно не растворимы и не взаимодействуют химически соответственно они не образуют соединений. Таким же образом Саттон и др. [38] на модельной системе серебро — усы сапфира убедительно продемонстрировали эффект упрочнения нитевидными кристаллами. Степень взаимодействия между серебром и усами сапфира даже меньше, чем между медью и вольфрамом, поскольку расплавленное серебро не смачивает сапфир. Для улучшения связи с расплавленным серебром те же авторы напыляли на поверхность сапфира никель. Однако связь между никелем и сапфиром была, вероятно, чисто механической, а на поверхности раздела никель — сапфир твердый раствор не образовывался. Поэтому не удивительно, что Хиббард [21] в обзоре, представленном в качестве вводного доклада на конференции 1964 г. Американского общества металлов, посвященной волокнистым композитным материалам, счел необходимым заключить Для взаимной смачиваемости матрицы и волокна необходимо, чтобы их взаимная растворимость и реакционная способность были малы или вообще отсутствовали . Это условие, как правило, реализуется для определенного типа композитных материалов, а именно, ориентированных эвтектик. Во многих эвтекти-ках предел растворимости несколько изменяется с температурой, что, вообще говоря, является причиной нестабильности, хотя в известной степени и компенсируется особым кристаллографическим соотношением фаз. Однако в большинстве практически важных случаев это условие не выполняется. После конференции 1964 г. основные успехи были достигнуты в области управления состоянием поверхности раздела между упрочнителем и матрицей. Ни серебро, ни медь не являются перспективными конструкционными материалами. Что же касается реакций между практически важными матрицами и соответствующими упрочнителями, то они очень сложны и могут приводить к самым разнообразным типам поверхностей раздела. [c.13]

Четкое деление между классами не всегда возможно, однако такая систематизация удобна для обсуждения характеристик композитов. Примеры каждого класса композитов содержатся в табл. 1, а рис. 1 иллюстрирует названные классы соответствующими примерами из работы Петрашека и Уитона [29] по композициям медный сплав — вольфрам. Отметим, что эвтектики включены во второй класс, однако для некоторых эвтектик предельная растворимость каждой из фаз в другой может быть столь низкой, что их предпочтительнее отнести к первому классу. Аналогичным образом система медь (титан)—вольфрам включена в третий класс, поскольку, как показано на рис. 1, на поверхности раздела образуется химическое соединение. Однако при малом содержании титана и медь, и вольфрам образуют с ним твердые растворы. [c.15]

Де Сильва и Чэдуик [23] наблюдали улучшение прочностных характеристик матрицы в волокнистой эвтектике Fe — РвгВ при расстоянии между волокнами мкм оно обусловлено совместным влиянием близости волокон и согласованной деформации фаз в окрестности поверхности раздела. При пластической деформации матрицы течение у поверхности раздела затруднено в большей степени, чем в областях между волокнами. Де Сильва и Чэдуик проводят аналогию между этим явлением и гидродинамическим пограничным слоем при ламинарном течении жидкости. [c.261]

Из анализа микроструктур, полученных при направленной кристаллизации, следует, что не все эвтектические сплавы перспективны. Как было показано Шайлем [52], микроструктуры эвтектики могут быть разделены на две основные категории правильную и нарушенную . Правильная микроструктура возникает при одновременном росте двух твердых фаз на поверхности раздела твердое тело — расплав. Важным условием этого типа кристаллизации является равенство скоростей роста двух соприкасающихся фаз в оставшуюся жидкость. В этом случае поверхность раздела твердое тело — расплав оказывается плоской. Типичная правильная микроструктура имеет вид либо чередующихся пластин (рис. 2), либо параллельно ориентированных стержней (рис. 3) в [c.356]

Уолтер и др. [62] рассчитали размер ячеек дислокационной сетки в эвтектике NiAl—Сг. Они показали, что экспериментальная величина расстояния между дислокациями 775 А вполне разумна, поскольку параметры решеток NiAl и Сг различаются очень мало. Пример дислокационных сеток на полукогерентной поверхности раздела представлен на рис. 7. Отметим [выражение (2)], что расстояние между дислокациями растет очень быстро при умень-шен ий несоответствия параметров. В пределе, при нулевом несо- таеУствии, расстояние между дислокациями оказывается беско- [c.363]

Возможность упрочнения сплавов в результате направленной кристаллизации была впервые показана на примере эвтектик А1—AlaNi и А1—СиЛЦ [28]. В этих системах была обеспечена идеальная передача нагрузки, т. е. композит разрушался в результате разрыва усов или пластин и последующей коалесценции пор, а не путем расслоения по поверхности раздела. Разрушение связи на поверхности раздела происходило только в таких условиях нагружения, кргда параллельно этой поверхности развивались большие сдвиговые напряжения. Со времени выполнения этого первого исследования было установлено, что упрочнение происходит [c.370]

Один из таких механизмов упрочнения связан со способностью дислокаций переходить через границу зерна или генерировать дополнительные дислокации во второй фазе в результате плоского скопления вблизи поверхности раздела первой фазы. Согласно этой модели, прочность композита должна увеличиваться с уменьшением размера пластин или стержней, поскольку при этом убывает размер плоского скопления. В работах ряда исследователей было показано, что действительно имеется соотношение типа Пет-ча между напряжением течения и обратной величиной корня квадратного из размера пластин или расстояния между стержнями [9, 10, 54, 59]. Коссовски и др. [38] учли повышение прочности, обусловленное размерным эффектом типа Петча, и, применив измененную формулу правила смеси, рассчитали прочность композита, которая оказалась в хорошем согласии с экспериментальной величиной для эвтектики Ni—Сг. [c.371]

Методы, применяемые для направленной кристаллизации эвтектических сплавов (аналогичные методам получения монокристаллов Бриджмена, Чохральского, зонной плавки), должны обеспечивать плоский фронт кристаллизации — поверхность раздела между жидкой и твердыми фазами и однонаправленный отвод теплоты. В этом случае фазы эвтектики кристаллизуются перпендикулярно к поверхности раздела и следуют за ей по мере перемещения фронта кри- таллизации, образуя ориентированнее волокнистые или пластинчатые Ристаллы. [c.359]

Прогнозирование формы упрочняющей фазы в какой-либо эвтектике до сих пор затруднено. Наилучшая классификация эвтектических микроструктур, предложенная Хантом и Джексоном [25], основана на использовании характеристик кристаллизации составляющих эвтектику фаз. Эта характеристика представляет собой скрытую теплоту плавления, деленную на температуру плавления (в К), т. е. энтропию плавления. Если энтропия плавления фазы меньше 2R, где R — газовая постоянная, то можно предсказать, что поверхность раздела меноду твердой и жидкой фазами будет неограненной в атомном масштабе. Металлы и большинство сплавов входят в эту группу. Для материалов, имеющих энтропию плавления больше 2R, было предсказано, что поверхность раздела будет гладкой или кристаллографически ограненной в атомном масштабе. Металлоиды, карбиды и некоторые соединения попадают в эту группу. Таким образом, двойные эвтектики обычно разделяют на три группы неограненные — неограненные, неограненные — ограненные и ограненные — ограненные, полагая, что каждый компонент будет затвердевать в процессе совместного эвтектического роста таким же образом, как это происходит при кристаллизации отдельно взятой фазы. К первой группе принадлежит большинство систем, представленных в табл. 1, в том числе Ni—Сг, Ni—W, NiAl— r и другие. Неограненные — ограненные системы, которые показали неожиданно большую область совместного роста двух фаз, состоят из монокарбида тугоплавкого металла или карбида хрома (Сг,Сз) и никелевой или кобальтовой матрицы [41]. [c.114]

Эвтектические композиции благодаря хорошей связи между высокомодульными упрочняющими фазами и матрицей обладают стабильным и высоким пределом текучести, что способствует созданию материалов с высоким сопротивлением усталости. Однажды возникшие трещины, двигаясь по объему некоторых эвтектических композиций, могут быть остановлены или отведены путем нарушения связи на поверхностях раздела или в результате продольного раскалывания упрочняющей фазы. Классический пример такого поведения показан на микроструктуре образца эвтектики NigAl—NigNb, подвергнутого циклическому нагружению 930 НМ/м (рис. 30). [c.146]

В системах с большой объемной долей хрупкой фазы обеспечение вязкости является весьма важным. Необходимые значения вязкости разрушения в таких системах могут быть получены в том случае, если имеется соответствующий механизм притупления или отведения трещин. Это может быть достигнуто путем нарушения связи на поверхностях раздела при приближении трещины. Характерный пример такого поведения приведен Томсоном и Джорджем [56] для эвтектики NigAl—NigNb с пластинчатым строением. Влияние температуры на ударную вязкость и вид разрушенных образцов показаны на рис. 32. Отведение и притупление трещины происходит путем продольного расщепления пластин вдоль поверхностей раздела и по границам зерен. [c.150]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...