Кристаллизация сплавов в неравновесных условиях

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СПЛАВОВ В НЕРАВНОВЕСНЫХ УСЛОВИЯХ [c.136]

Кристаллизация сплавов в неравновесных условиях [c.88]

Дендритная ликвация. В реальных условиях кристаллизация сплавов всегда неравновесна [25, 93, 169]. Вследствие этого в них образуется дендритная ликвация, связанная с подавлением диффузии атомов компонентов сплава в жидкой и твердой фазах. [c.110]

Не просто бывает установить состав образца, с которого снимается кривая охлаждения, с точностью, соизмеримой с точностью измерения температуры. Из-за возможного улетучивания или окисления компонентов состав сплава при температуре начала кристаллизации никогда нельзя принимать по шихте или по весу. Как отмечалось в разд. 2.2, отливка, медленно охлажденная из жидкого состояния в неравновесных условиях, имеет неоднородный состав. В ней имеются участки, обогащенные растворенным элементом (или, наоборот, обедненные растворенным элементом, если он повышает температуру плавления растворителя), где кристаллизовались последние порции жидкости. Перемешивание в процессе охлаждения также может привести к неравномерному распределению растворенного элемента. Кроме того, при охлаждении возможна ликвация по удельному весу. Следовательно, любая попытка определить путем химического анализа состав отдельных частей закристаллизовавшегося сплава является ненадежной и может дать результаты, вводящие в заблуждение. Во избежание таких ошибок рекомендуется растворять весь образец для химического анализа и обеспечивать, насколько это возможно, условия, в которых состав образца соответствовал бы составу сплава в момент кристаллизации для этого необходимо быстро охлаждать образец, как только установлена его критическая точка. Данный метод связан с непроизводительными затратами материала. [c.78]

Участок ас на кривой охлаждения (фиг. 33) иллюстрирует только начальную часть перегиба, отвечаюш,его температуре ликвидуса. Если эксперимент проводится в печи, которая во время перегиба на кривой охлаждения охлаждается с постоянной скоростью, то разница в температурах образца и печи заметно возрастает это приводит к тому, что на последних стадиях кристаллизации охлаждение образца ускоряется. Поэтому кривая охлаждения принимает вид кривой bad (фиг. 33) ). Иногда полагают, что ускорение охлаждения в конце перегиба, отвечаюш его температуре ликвидуса, происходит при температуре солидуса. Это неправильно ускорение охлаждения начинается за некоторое время перед тем, как выделяются последние кристаллы твердой фазы, и зависит от скорости охлаждения и разности температур между образцом и печью. Кроме того, последние кристаллы твердой фазы, выделяюш иеся практически в неравновесных условиях, оказываются богаче легирующим компонентом (если иметь в виду диаграмму состояния на фиг. 11, а) по сравнению со средним составом сплава и, следовательно, затвердевают при более низкой температуре, чем температура истинного солидуса. [c.79]

Рис. 4. Влияние скорости охлаждения ш на смещение температуры солидуса и предела растворимости второго компонента при кристаллизации в неравновесных условиях сплавов с диаграммой состояния эвтектического типа

В более легированном сплаве Х2 средний состав твердого раствора при неравновесной кристаллизации изменяется ло ири-вой Новым является то, что средний состав твердого раствора не попадает на фигуративную прямую (ординату) сплава выше эвтектической или перитектической температуры. Равновесная кристаллизация сплава Х2 должна закончиться в точке т. В неравновесных условиях ниже температуры точки т в сплаве Хг состав жидкого раствора изменяется вплоть до эвтектической (е) или перитектической (р) точки, а состав периферийного слоя первичных а-кристаллов — до точки а. Следовательно, в сплаве Х2 закристаллизуется эвтектика (рис. 5,а) или по перитектической реакции образуется фаза р (рис. 5,6). Неравновесная кристаллиза- ция сплава Х2 заканчивается при температуре п. [c.18]

Из-за большого интервала кристаллизации и значительного изменения состава выпадающих кристаллов а-твердого раствора последние приобретают четкие дендритные формы с сильно выраженной дендритной ликвацией. Область а-твердого раствора на основе меди, распространяющаяся до 15—16% 8п при 500—800° С, резко сокращается при понижении температуры. Однако это действительно лишь для равновесных условий. Практически же из-за незавершенности диффузионных процессов кристаллизация сплавов проходит неравновесно, так что включения промежуточных фаз появляются в структуре после кристаллизации уже при 6—7% 5п. Эта граничная концентрация сохраняется неизменной и при дальнейшем понижении температуры до комнатной. Неравновесное состояние в этой части диаграммы отражено пунктирными линиями. Однако фактически отклонения от равновесия оказываются еще большими. [c.218]

Влияние скорости охлаждения при кристаллизации на структуру двойных магниевых сплавов. В реальных условиях охлаждения сплавов с ограниченной или полной растворимостью всегда имеет место дендритная ликвация. Она приводит к неоднородному распределению легирующих элементов по сечению зерна и в ряде случаев к появлению в структуре избыточных фаз эвтектического или перитектического происхождения. Дендритная ликвация не только оказывает влияние на структуру и свойства литого сплава, но и определяет режим термической обработки отливок и эксплуатационные свойства деталей. Наиболее подробно вопросы дендритной ликвации рассмотрены в работе (34], где показано, что в магниевых сплавах даже при охлаждении с печью происходит неравновесная кристаллизация. [c.20]

Смещение минимума жидкотекучести свидетельствует о зависимости литейных свойств сплавов при неравновесных условиях кристаллизации от неравновесной диаграммы состояния. Легко заметить, что положение минимума кривой жидкотекучести при литье в кокиль и в песчаные формы не совпадает с таковым при литье под давлением при литье в кокиль минимум находится при концентрации 3% А1, в песчаную форму— 5% А1. Это объясняется меньшей скоростью охлаждения сплава в кокиле и тем более в песчаной форме и соответственно иным положением максимального неравновесного интервала кристаллизации. Таким образом, увеличение скорости охлаждения вызывает смещение местоположения минимума на [c.42]

Сливаемые вместе чугуны при различных температурах и химическом составе имеют неодинаковые области существования твердо-жидкого состояния и неравноценные термодинамически выгодные размеры диспергированных фаз. Совместное существование двух растворимых друг в друге сплавов возможно только при переходе к некоторому третьему осредненному состоянию, причем два исходных расплава оказываются как бы неравновесными системами по отношению к получаемому расплаву. Переход к осредненному состоянию сопровождается перестройкой ближнего порядка исходных сплавов и активизацией потенциальных зародышей. В этих условиях при последующем охлаждении сплава инициируются кристаллизация чугуна и образование графитных включений. [c.146]

В реальных условиях охлаждения расплава кристаллизация твердых растворов чаще всего протекает неравновесно диффузионные процессы, необходимые для выравнивания концентрации растущих кристаллов по объему, отстают от процесса кристаллизации. В результате сохраняется неоднородность состава по объему кристалла — внутрикристаллическая ликвация сердцевина кристаллов обогащена тугоплавким компонентом сплава, а наружные части — компонентом, понижающим температуру плавления. [c.156]

Из диаграммы состояния Си - Sn следует, что предельная растворимость олова в меди соответствует 15,8% (рис. 10.11, а). Сплавы этой системы характеризует склонность к неравновесной кристаллизации, в результате чего в реальных условиях охлаждения значительно сужается область а-твердого раствора, его концентрация практически не меняется с понижением температуры, не происходит эвтектоидного превращения й-фазы (см. штриховые линии диаграммы) и при содержании олова [c.309]

Необходимо различать макро- и микронеоднородность в паяных швах. Макронеоднородность возникает в результате неравномерного распределения компонентов в составе припоя как следствия неравномерного нагрева при пайке, недостаточного флюсования и т. д. Микронеоднородность металла паяного шва возникает в результате неравновесных условий кристаллизации. Неравновесная кристаллизация приводит к ликвационной неоднородности. Степень внутрикристаллитной ликвации сплавов зависит от скорости кристаллизации. С увеличением скорости кристаллизации внутрикристаллитная ликвация возрастает из-за подавления выравнивающей диффузии в твердом растворе. При средних скоростях кристаллизации степень внутрикристаллитной ликвации достигает максимума. При больших скоростях кристаллизации степень ликвации снижается. В некоторых работах это объясняется подавлением разделительной диффузии и явлением бездиффузионной кристаллизации [44], в других работах [45] — измельчением дендритных ячеек и увеличением площади, занятой ободком дендритных ячеек, который наиболее обеднен тугоплавким компонентом. [c.103]

В процессе затвердевания при неравновесных условиях кристаллизации в сплавах, содержащих более 5—6% магния, по границам зерен выпадает 3-фаза в виде эвтектики. При увеличении содержания магния в структуре сплавов количество р-фазы увеличивается. Из-за хрупкости Р-фазы понижаются пластические, а при значительном содержании этой фазы — и прочностные свойства сплавов. [c.359]

Суммируя, можно отметить, что в результате неравновесной кристаллизации твердого раствора создаются следующие отклонения от равновесного состояния а) возникает внутрикристаллитная ликвация б) понижается точка солидуса сплава в) из расплава кристаллизуются избыточные фазы, которых не должно быть. в равновесных условиях, и вместо однофазной образуется двухфазная или многофазная структура . г) увеличивается количество второй фазы, сели в равновесных условиях сплав должен быть гетерофазным. [c.21]

В первом случае при ускоренном охлаждении сплава Си образующего непрерывный ряд твердых растворов, состав слоев твердой фазы не успевает выравниваться, так как диффузия замедлена. Поэтому средний состав неоднородного твердого раствора отличается от того состава, который он имел бы при кристаллизации в равновесных условиях (точки а, Ь, с, й и соответственно, 2, з, сц на рис. 19.13) [5]. Состав последнего слоя кристалла в конце кристаллизации, т. е. когда линия состава твердой фазы пересекает ординату сплава в точке 5] (температура неравновесного солидуса), определяется точкой g. Для других сплавов (Сг и Сз) существуют свои линии изменения состава твердого раствора и свои температуры неравновесного солидуса. Линия, проходящая через точки, определяющие конец кристаллизации сплавов (5ь 5г и 5з), называется линией неравновесного солидуса. При изменении затвердевания изменяется и положение линии неравновесного солидуса. [c.530]

Дендритная ликвация. Выше (гл. V, 10) мы уже рассматривали причины появления дендритной ликвации, которые лежат в условиях неравновесной кристаллизации сплавов. Наличие в стали легирующих элементов увеличивает температурный интервал кристаллизации, затрудняет протекание диффузионных процессов и способствует развитию явлений дендритной ликвации — увеличивает разницу в концентрациях между ранее и позднее выпавшими из жидкости кристаллами. Макроструктура, характеризующая дендритную ликвацию литой легированной стали, показана на фиг. 272, а. [c.288]

Структура сплавов и нх свойства в значительной степени определяются диаграммой состояния. Однако построенные для условий чрезвычайно медленного охлаждения равновесные диаграммы состояния не могут характеризовать структуру сплавов, образующуюся в реальных условиях литья. Если при затвердевании массивных отливок в песчаных формах отличие процесса кристаллизации от равновесного не столь значительно, то при затвердевании под давлением имеет место явно выраженная неравновесная кристаллизация, определяемая спецификой данного способа получения отливок. [c.19]

Микроструктуру магниевых сплавов при литье под давлением следует рассматривать с учетом неравновесных условий кристаллизации, заключающихся в одновременном действии высоких скоростей охлаждения и давления на затвердевающий металл. Структура литого сплава определяет механические свойства, требуемые режимы термической обработки, эксплуатационные характеристики. Поэтому для каждого сплава при известных конфигурации и размерах отливки по выбранным условиям литья необходимо уметь предсказать структуру, что позволит прогнозировать ожидаемые показатели свойств отливки. [c.27]

Теоретический подход к решению поставленной задачи требует рассмотрения тройных диаграмм состояния магний—алюминий—легирующий элемент, на основании которых можно определить растворимость третьего компонента и состав интерметаллических фаз, способствующих дополнительному измельчению зерна. Однако число таких диаграмм невелико, и, кроме того, построенные для равновесных условий кристаллизации, они изменяются при реальных условиях затвердевания. Это хорошо видно на примере тройной диаграммы Мд—А1— 2п. По равновесной диаграмме состояния при 25° С растворимость цинка в сплаве Мд—6% А1 составляет около 2%, по неравновесной — О % равновесный интервал кристаллизации сплава Мд—6% А1—2% 2п приблизительно равен 120° С, неравновесный — 230° С. [c.55]

Рассмотренный случай неравновесной кристаллизации при пайке является простейшим. Поскольку основной металл и припой в реальных условиях — это обычно многокомпонентные сплавы, а в процессе образования соединения протекают реакции взаимодействия не только между металлами, но и между металлами и газовыми средами, флюсами, окисными и шлаковыми пленками, то кристаллизация образующегося при этом в шве сплава представляет более сложный процесс. [c.122]

Одним из проявлений неравновесной кристаллизации электролитических сплавов является образование пересыщенных твердых растворов, в том числе на основе компонентов, которые в равновесных условиях практически нерастворимы друг в друге [49]. При отжиге происходит распад пересыщенных твердых растворов и выделение избыточных фаз (интерметаллических соединений или фаз внедрения). Тип кристаллической решетки матричной фазы при этом не меняется она стабильна и при низких, и при высоких температурах. [c.74]

Второй случай — практический неравновесное затвердевание сплава. Рассмотрим теперь, как образуется эта структура в связи с процессом кристаллизации твердого раствора в условиях относительно быстрого охлаждения (при неполном равновесии сплава). Здесь, конечно, нельзя определять составы и количества фаз по правилу отрезков и нужно основываться на наблюдениях, произведенных при разных скоростях охлаждения. [c.76]

По литейным свойствам, герметичности и коррозионной стойкости эти сплавы уступают сплавам систем А1 — Si и А1 — Si — Mg, но превосходят их по жаропрочности (уровень рабочих температур до 250—275° С), а также обладают лучшей обрабатываемостью резанием. Достоинство сплавов этой группы (по сравнению со сплавом АЛ4) — более простая технология литья. Не требуется модифицирования и кристаллизации под давлением в автоклавах (за исключением АЛ4М). Сплавы этой группы применяют для всех способов литья (см. табл. 61). Структуры сплавов являются довольно гетерогенными, степень гетерогенности и многофаз-ностп увеличивается по мере усложнения химического состава их. При этом фазовый состав сплавов в неравновесных условиях кристаллизации в значительной мере зависит от скорости кристаллизации и последующего охлаждения отливок. [c.88]

Между линиями равновесного и неравновесного солидуса имеется не только количественная разница в температурах, но и важное качественное различие. Линия равновесного солидуса обладает двумя функциями во-первых, она является геометрическим местом точек температур конца кристаллизации сплавов и во-вторых, она одновременно является геометрическим местом точек состава твердой фазы, равновес- ной с жидкой фазой в интер-Лвале кристализации. Линия не-равновесного солидуса является только геометрическим местом точек температур конца кристаллизации сплавов в конкретных условиях охлаждения. Следовательно, нельзя, как это иногда делают, определять по линии неравновесного солидуса системы средни состав твердого раствора, сосуществующего с жидкой фазой. [c.17]

Сплавы этой группы применяют для всех способов литья. Структуры сплавов являются гетерогенными, степень гетерогенности и многофазности увеличивается по мере усложнения их химического состава. При этом фазовый состав сплавов в неравновесных условиях кристаллизации в значительной мере зависит от скорости кристаллизации и последующего охлаждения отливок. [c.23]

Чрезвычайно опасной примесью жаропрочных аустенитных сталей и сплавов на никелевой основе является олово. Даже ничтожные количества этого элемента резко снижают длительную прочность. Влияние олова на горяч ел омкость аустенитных швов не столь энергично, ввиду довольно высокой растворимости олова в никеле — до 20% в равновесных условиях. Как и следовало ожидать, в неравновесных условиях кристаллизации сварочной ванны, никелеоловянистая эвтектика образуется при значительно более низких концентрациях олова. В шве типа 25-20 обилие горячих трещин наблюдается при 2—3% Sn (рис. 88, б). Увеличение [c.215]

Промышленное применение получили сплавы, содержащие 5 - 80 % Be. Согласно равновесной диаграмме состояния, все эти сплавы — заэв-тектические. В неравновесных условиях кристаллизации эвтектический бериллий формируется на дендритах первичного бериллия как на готовой подложке. Эвтектика как бы вырождается и структура сплавов состоит из матрицы, представляющей собой мягкую, пластичную фазу практически чистого алюминия, и включений частиц твердого и хрупкого бериллия. [c.432]

ИЗОЙТИ, средний состав кристаллизуюиюйся а-фазы будег определяться неравновесным солпдусом (г(г,/ь. Кристаллизация сплава в условиях медленного охлаждения, близких к равновесию, должна закончиться при те п1ературе Г2 (точка к). [c.60]

В неравновесных условиях средний состав твердого раствора при этой температуре (точка р) не со Впадает с составом сплава. От-нощение р(11р1 характеризует относительное весовое оличество неравновесной жидкой фазы при температуре /4. Неравновесная кристаллизация будет продолжаться ниже температуры до тех пор, пока средний состав твердой фазы не совпадет с составом сплава в точке 5. В этот момент поверхностный слой кристалла имеет соста1В точки т. Если диффузия в твердой фазе полностью подавлена, то кристаллизация закончится при температуре плавления компонента В. [c.16]

При кристаллизации сплавов типа 18-8, содержащих более 0,5% С (см. рис. 3, а , происходит нечто подобное описанному применительно к сплавам типа 18-8 с 0,1 % С. И здесь имеет место реакция, напоминающая перитектическую. По достижении точки, лежащей на линии Е—С, в результате реакции кристаллов у с жидкостью образуются кристаллы карбидной фазы эвтектического (ледебуритного) типа. В процессе кристаллизации,сплавов, содержащих более 0,7% С, в материнской жидкости сначала образуются первичные карбиды, а затем идет совместное образование у и карбидов. В реальных условиях сварки имеет место неравновесная кристаллизация, и точки Е и С сдвигаются влево, в сторону более низких концентраций углерода. В сварных швах на сталях типа 18-8 карбидная эвтектика появляется не при 0,5% С, а уже при 0,20—0,25%. Вследствие быстрой кристаллизации сварочной ванны и наличия квазиперитектических реакций, в сварном шве фиксируется двухфазная структура у к. Аналогичное явление наблюдается, если вместо карбидной эвтектики совместно с аустени-том кристаллизуется другая эвтектическая фаза, например си-лицидная, инобидная или боридная. [c.110]

Рассмотрим это на примере сплава 1 (рис. 57,а). При ускоренном охлаждении, когда выравнивающая диффузия в твердой фазе не успевает произойти, средний состав кристаллизующейся а-фазы будет определяться неравновесным солидусом ппхпг. Кристаллизация сплава (см. рис. 57) в условиях медленного охлаждения, близких к равновесию, должна закончиться при температуре I2 (точка к). [c.110]

Изменения фазового состава сплавов могут происходить строго по описанной схеме только при условии, что во всем объеме сплава температура в любой момент времени совершенно одинакова, а каждая из фаз имеет совершенно однородный состав. Такое условие может быть выполнено лишь при бесконечно малой скорости охлаждения. В реальной обстановке охлаждение происходит с достаточно большой скоростью, поэтому в сплавах рассматриваемого типа в ходе кристаллизации не в полной мере успевают проходить диффузионные процессы, которые должны обеспечивать постоянство состава во всем объеме жидкости и кристаллов. Следствием этого отставания является дендритная ликвация — микронеодио-родность состава в пределах одного кристалла. При неравновесных условиях кристаллы в металлах растут не в виде многогранников, а в виде дендритов — древовидных образований. Стволы и оси дендритов вырастают первыми и оказываются сложенными из более тугоплавкого материала (примерно состава ей для сплава 1 по рис. 13, а промежутки между осями дендритов заполня- [c.72]

В условиях неравновесной кристаллизации растворенный элемент в случае, когда растворимость его в жидкой фазе больше, чем в твердой, обогащает междуосные пространства одного дендрита или междендритные пространства соседних дендритов. В результате после затвердевания образуется микроскопически неоднородный сплав. В том случае, когда междуосные и междендритные участки, а также внутренние объемы осей дендритов представляют собой обогащенный рассматриваемым элементом твердый раствор, микроскопическую неоднородность называют внутрикристаллической или дендритной неоднородностью (внутрикристаллической ликвацией). [c.529]

Влияние внешних воздействий на процессы кристаллизации сплавов. Затвердевание сплавов в реальных неравновесных условиях связано со сложным влиянием на перераспределение примесей конвективного и вынужденного движения расплава вдоль границы затвердевания с различной Плотностью ликватов и твердой фазы, развитием процесса усадки этой фазы и перемещением ликватов в межден-Дритном пространстве твердожидкой Зоны и других явлений. [c.31]

По диаграмме состояния можно 1) устанавливать характер равновесных фаз и структуры в сплавах при различных температурах, 2) основываясь на знании факторов, влрмющих на процессы кристаллизации и перекристаллизации, предсказывать, какие изменения в строении сплавов могут иметь место при неравновесных условиях кристаллизации и охлаждения, 3) научиться понимать, чем обусловлены важнейшие механические (прочность, пластичность) и технологические свойства сплавов в соответствующем фазовом и структурном состоянии. Диаграммы состояния, как правршо, строят экспериментально. Для их построения обычно используют термический метод, с помощью которого получают кривые затвердевания и охлажденрм сплавов. По остановкам и перегибам этих кривых, обусловленных тепловыми эффектами превращений, определяют температуру превращений. [c.53]

Необычным с точки зрения данных, имеющихся в литературе, является увеличение периода в случае отжига сплава А1—Mg—Zr и при том наиболее сильное при отжиге после ускоренной кристаллизации. Это можно объяснить переходом в раствор некоторой части выделений Г-фазы, содержащей цирконий, образовавшихся по перитектической реакции в условиях неравновесной кристаллизации.. О растворении частиц Г-фазы при отжиге свидетельствует наблюдающаяся около этих частиц повышенная плотность вторичных выделений А1з2г (см. рис. 66), что может быть результатом большей пересыщенности раствора около растворяющейся Г-фазы. [c.165]

Повышенные скорости охлаждения могут изменить и структуру доэвтектических и заэвтектических сплавов, затвердевающих в условиях равновесия с образованием эвтектики (а + р ,) и кристаллов избыточной а- или Р-фаз (см. рис. 67, а). При неравновесной кристаллизации эти сплавы могут иметь чисто эвтектическую структуру. Такую структуру принято называть квазиэвтектической, так как она имеет состав, отличный от состава эвтектики, указываемого диаграммой фазового равновесия. [c.107]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...