Неравновесная кристаллизация сплавов

Чем отличаются кристаллы, образующиеся при данной температуре от выделившихся ранее, при неравновесной кристаллизации сплава системы с непрерывным рядом твердых растворов [c.75]

НЕРАВНОВЕСНАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СПЛАВОВ [c.15]

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]

Рис. 4.17. Схема ликвации в сплавах систем с неограниченной (а) и ограниченной (б) растворимостью компонентов в твердом состоянии (а , q и Ь[ — кривые среднего состава твердого раствора при неравновесной кристаллизации сплавов Сь Сг и Сз, соответственно практически кристаллизация сплава Сг завершается при температуре Те и при этой температуре средний состав кристаллов будет Сг как у расплава до начала кристаллизации сплавы, составы которых лежат слева от Сг, будут кристаллизоваться в однофазном состоянии, а сплавы, составы которых лежат справа, — в двухфазном, хотя сплавы из интервала Сг-я по равновесной диаграмме должны быть однофазными. Для составов, лежащих правее от Сг, например, для состава Сз при эвтектической температуре жидкость примет состав точки е, кристаллы — состав точки / и, следовательно, остается какое-то количество жидкости т, которое затвердеет и даст эвтектику. Таким образом, при кристаллизации вместо однородного твердого раствора согласно равновесной фазовой диаграмме получается структура неоднородного твердого раствора + эвтектика).

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СПЛАВОВ В НЕРАВНОВЕСНЫХ УСЛОВИЯХ [c.136]

Описанный выше процесс фиксирования быстрым охлаждением неустойчивого состояния носит название закалки, а последующий процесс постепенного приближения к равновесному состоянию (путем нагрева или длительной выдержки) называется отпуском и старением. Столь разнообразное изменение структуры, достигаемое разной степенью приближения сплава к равновесному состоянию, приводит к разнообразному изменению свойств, чем и обусловлено широкое применение термической обработки, в основе которой заложены процессы неравновесной кристаллизации, в общих чертах описанные выше. [c.144]

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]

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]

Увеличение количества эвтектики в структуре сплава с повышением скорости охлаждения объясняется различной полнотой прохождения выравнивающей диффузии в твердой фазе. Уменьшение количества эвтектики при большой скорости охлаждения объясняется измельчением дендритных ячеек твердого раствора при одновременном увеличении их числа, в результате чего повышается суммарное содержание цинка в твердом растворе. Кривая рис. 47, в показывает, что характер изменения количества неравновесной эвтектической составляющей с увеличением скорости охлаждения в паяных швах системы алюминий —цинк такой же, как при кристаллизации сплавов в больших объемах. [c.106]

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

Рис. 67. Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы (неравновесная кристаллизация)

Рассмотрим это на примере сплава 1 (рис. 67, а). При ускоренном охлаждении, когда выравнивающая диффузия в твердой фазе не успевает происходить, средний состав кристаллизующейся а-фазы будет определяться неравновесным солидусом пщп . Равновесная кристаллизация сплава (см. рис. 67) должна закончиться при температуре 4 (точка к). [c.106]

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]

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]

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]

Деформируемые алюминиевые сплавы, кроме закалки и старения, часто подвергают отжигу-гомогенизации. Это объясняется тем, что из-за неравновесной кристаллизации в сплавах возникает очень сильная дендритная [c.202]

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]

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]

Искусственное старение без предварительной закалки (режим Т1) вызывает частичный распад твердого раствора, образовавшегося в процессе затвердевания и последующего охлаждения отливки в форме. При литье в металлические формы появляется неравновесная кристаллизация сплавов, обусловливающая повышенное содержание легирующих элементов в твердом растворе, Ирюгда для фиксирования повышенной концентрации компонентов в твердом растворе применяют охлаждение затвердевшей отливки не в литейной форме и не на воздухе, а в воде (эффект дополнительной частичной закалки). [c.447]

При ускоренном охлаждении жидкая фаза сохраняется вплоть до эвтектической температуры (линия пп п , не пересекает ординату сплава 1 выше 4)- При эвтектической температуре количество оставшейся жидкости будет 100%. Эта часть жидкой фазы претерпевает эвтектическое превращение при температуре 4- Следовательно, при неравновесной кристаллизации сплав 1 будет после затвердева- [c.106]

При пайке одновременно протекают ограниченные по времени и сложные процессы взаимодействия в системах основой металл— флюс—припой—атмосфера воздуха или основной металл—контролируемая газовая среда—припой, состояние равновесия которых, как правило, не достигается. Поэтому протекающие при образовании паяного соединения процессы, в том числе и кристаллизация, являются неравновесными. При неравновесной кристаллизации обычно частично подавляется выравнивание состава не только в твердой, но и В жидкой фазе. Как известно, неравновесность кристаллизации сплавов приводит к дендритной ликвации, что в свою очередь вызывает появление в шве более легкоплавкой, обычно эвтектической соётавляюш,ей, обладающей повышенной хрупкостью и менее прочной. [c.109]

Процессы посткристаллизации при дальнейшем охлаждении твердой фазы являются следующим этапом эволюции системы. Посткристаллизация по сути является неравновесным диссипативным процессом, который возникает в результате необходимости компенсировать температурный градиент от дальнейшего охлаждения системы. В предыдущем разделе рассматривалось одно из свойств фрактальных кластеров - аккумуляция части энергии, выделяющейся при образовании связей между атомами. Благодаря этому свойств фрактальные кластеры новой фазы, образующиеся в процессе кристаллизации сплавов, содержат значительное количество дополнительной энергии, что создает напряжения во фрактальном кластере и, в итоге, приводит к его нестабильности. Можно сказать, что при этом система еще раз включает механизм диссипации энергии, которая была накоплена, но не рассеяна в процессе фазового перехода первого рода. Диссипация этой энергии и проявляется в качестве эффекта посткристаллизацни [c.95]

Как показали исследования, проведенные в работе 1501, эффект, достигаемый многоступенчатой термической обработкой для деформированных сплавов на никелевой основе, объясняется регулированием выделения упрочняющей фазы 511з (Т1А1), ее дисперсности и характера распределения. Неравновесность кристаллизации металла шва и многокомпонентность системы легирования способствует образованию химической неоднородности за счет ликвации и появлению участков, обогащенных легирующими элементами. Это приводит к неравномерному распределению фаз, выпадающих в процессе термической обработки или эксплуатации при высоких температурах. В исходном состоянии после сварки сложнолегированного шва на никелевой основе, легированного молибденом, вольфрамом, титаном и алюминием, интер металл идные и карбидные фазы выделяются крупными фракциями по границам зерен. В поле зерна распределение фаз крайне неравномерно. Обогащенные фазами и примесями границы в этом состоянии обладают при высоких температурах пониженной деформационной способностью, и трещина, зародившаяся под нагрузкой по границе зерна, интенсивно далее по ней развивается. Эгому способствует также кристаллизационная ориентированность кристаллитов сварного шва и значительная протяженность прямых участков границы зерна. Аустенитизирующая термическая обработка ликвидирует ориентационную направленность структуры, зерна в результате ее проведения становятся равноосными. При этом проходит также перераспределение легирующих элементов и диффузионное рассасывание ликвационных участков. Последующее ступенчатое старение способствует более равномерному распределению фаз в матрице. Границы зерен становятся более тонкими (чистыми), чем у металла шва в исходном после сварки состоянии. Это приводит и к изменению характера деформации при длительном разрыве за счет включения в нее не только границ, но и тела зерна. Зародившиеся трещины при этом локализуются и имеют округлую форму, что обеспечивает высокую пластичность при длительном нагружении. [c.246]

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]

В связи с тем что анализируемые сплавы при закалке в жидком азоте- или на воздухе находились в неравновесном состоянии, в них обнаружены дополнительные фазы, показывающие ход процесса (например, AIF3, LisAbFu, Na5Li5Al6F28) и подтверждающие приведенные выше рассуждения о механизме процесса. Процесс завершения кристаллизации сплавов в других зонах диаграмм состояния этих резервов виден на рис. 1. [c.11]

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]

При диффузионной пайке могут быть устранены и другие виды неравновесной кристаллизации. В некоторых двойных системах сплавов, характеризующихся наличием эвтектической и перитектической кристаллизации, последняя при быстром охлаждении некоторых сплавов может быть подавлена. Весьма выражено подавление перитектической реакции, например, в сплавах системы Ре — Р. При медленном нагреве можно, избежать образования неравновесной эвтектики с низкой температурой расплавления (и распая шва). [c.161]

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]

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]

Увеличение скорости охлаждения, кроме развития внутрикристаллитной ликвации в кристаллах а- и р-твердых растворов, может вызвать значительные изменения в структуре и фазовом составе затвердевщих сплавов. Например, при неравновесной кристаллизации эвтектика может образовываться в сплавах, состав которых находится левее точки d, т. е. меньще предельной растворимости компонента В в А или правее точки в, т. е. предельной растворимости компонента А в компоненте В. [c.110]

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]

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]

В системах эвтектического и перитектического типов дендритная ликвация приводит к более сильным (по сравнению со сплавами в непрерывном ряду твердых растворов) отклонениям структуры от равнавесного состояния (рис. 5). В малолегированных сплавах (Х) на рис. 5, а и б) неравновесная кристаллизация про- [c.17]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...