1097
.pdfПоверхность солидуса изображается двумя плоскостями треуголь ников а2т 1с 1 и с 3т 3Ь3 при температурах (р<(или tp) и t£. (или tp). Тре угольник а2т 2с 1 является частью четырехугольника aj/r^P 'C j (или АМРС), во всех сплавах которого при температуре tp наблюдается
перитектическое равновесие ЖР + А — М + С (см. также |
§ 41). Как и в |
|
системе с аналогичным равновесием Жр + оса ^ |
+ |
ус, в котором |
участвуют граничные растворы на основе компонентов (см. рис. 87), перитектическая точка Р, изображающая состав жидкости Жр, лежит вне конодного треугольника АМС, образованного твердыми фазами А, М и С. В сплавах треугольника АМС перитектическая реакция Жр + + А -*• М + С заканчивается исчезновением жидкости Жр. Кристалли зация остальных сплавов, расположенных в треугольнике МВС, закан чивается при температуре tp по эвтектической реакции Жр -+ М + + В + С.
Между поверхностями ликвидуса и солидуса можно назвать нес колько промежуточных (линейчатых) поверхностей. Температурам начала кристаллизации эвтектик А + С, М + С, М + В и В + С отвечают
поверхности е'1а 1а2Р'с2с 1 |
(или две ее части |
е'1Р'а2а 1 и e iP 'C jC j, |
Р’с 1с эЕ 'т 3т 2 (P'E'CgCj и |
P'E'm3m2), |
(e^E'm-jmj и |
ejE'babi) и e3b2b3E'c2c 3 (e3E'b3b2 и e’2E’c 3c2). На плоскость концент рационного треугольника эти поверхности проектируются соответ ственно в области АРС, МРСЕМ, МЕВ и ВЕС. Обратим внимание на ли нейчатую поверхность начала кристаллизации эвтектики М + С. Эта эвтектика кристаллизуется во всех сплавах треугольника МЕС, но разные температуры начала кристаллизации (изображаемые поверх ностью Р'с1с3Е 'т з т 2) она имеет только в сплавах области МРСЕМ. В сплавах треугольника МРС эта эвтектика начинает кристаллизо ваться при температуре tp (по окончании перитектической реакции Жр + А -+М + С с исчезновением кристаллов компонента А).
Наконец, еще две линейчатые поверхности ар'Р’а 2 и т р ’Р 'т 1 (на плоскости концентрационного треугольника - области АрР и МрР) отвечают температурам начала и конца кристаллизации соединения М по перитектической реакции Ж + А -»■ М (с исчезновением кристал лов компонента А).
2. Кристаллизация сплавов
Кристаллизация сплава 1, расположенного в точке пересечения диагоналей АР и МС четырехугольника АМРС (рис. 102), протекает в
t i - t p
две стадии: Ж) - р ____ ► А (первичная кристаллизация компонента А)
{Р
и Жр + А — * М + С (перитектическая реакция). До начала этой реакции при температуре tp доли жидкости Жр и кристаллов компонента А из
меряются отношениями отрезков 1AJAP и 1Р/АР. Только при такогИ соотношении количеств исходных фаз перитектическая реакция ЖР +
+ А - /И + С протекает с одновременным |
Исчезновением |
жидкости |
|||||
Жр и кристаллов компонента А (см. также |
§ 41). По окончании этой |
||||||
|
|
|
|
Реакции |
сплав |
1 оказьг |
|
d м |
р |
е |
|
бается |
состоящим |
из |
|
|
|
г |
в |
Кристаллов соединения |И |
|||
|
|
|
|
И компонента |
С, |
доли |
Которых измеряются Соответственно отношеКиями отрезков 1С/МС И 1М/МС. Кривая охлаж' Дания сплава с двумя Критическими точками Показана на рис. 103, а схема его структуры - на рис. 104, а.
Рис. 102
- *Р |
(Р |
Аналогичные превращения (Жг - р --------* |
А и Жр + А — *-/И + С) |
протекают в сплаве 2, расположенном в треугольнике АМС на линии АР, но перитектическая реакция в этом сплаве заканчивается исчез новением жидкости Жр (т.е. с остатком кристаллов компонента А).
При температуре tP в этом сплаве |
жидкости Жр меньше |
(2А/АР |
< |
< 1А/АР), а кристаллов компонента |
А, наоборот, больше |
(2Р/АР |
> |
> 1Р/АР), чем требуется для их полного расходования на образование кристаллов соединения М и компонента С (как в сплаве 1). Недос тающую долю жидкости Жр можно оценить по разности отношений отрезков (2А/АР - 1А/АР) = -12/АР. Знак ’’минус” означает, что жид кости Жр не хватает. Это же отношение отрезков, но с обратным зна ком, характеризует избыточную долю (или остаток) кристаллов компо нента А: (2Р/АР - 1Р/АР) = 12/АР.
Кривая охлаждения сплава 2 аналогична кривой охлаждения сплава 1 (рис. 103); его структура с двумя структурными составляющими - первичными кристаллами компонента А и смесью М + С перитектического происхождения - показана на рис. 104, б. По правилу центра тяжести треугольника АМС, долю смеси М + С можно определить от ношением отрезков 2А/А1. Отношение отрезков 12/1А будет характе ризовать долю оставшихся кристаллов компонента А. Отдельно доли кристаллов соединения М и компонента С можно определить отноше-
182
ниями отрезков 2b/Mb и 2с/Сс (или,'как в сплаве 1, отношениями
1С/МС и 1М/МС).
Фигуративная точка сплава 3 расположена в треугольнике МРС (на
той же линии |
АР). Начальные стадии кристаллизации этого сплава |
t 3 - t P |
t P |
(Ж3 _ р____ ». |
А и ЖР + А ___>М + С) аналогичны стадиям кристалли |
зации сплавов 1 и 2, но перитектическая реакция заканчивается ис чезновением кристаллов компонента А (т.е. с остатком жидкости Жр), так как при температуре tp в сплаве 3 кристаллов компонента А меньше (ЗР/АР < 1Р/АР), а жидкости ЖР| наоборот, больше (ЗА/АР > > 1А/АР), чем требуется для их полного расходования на образование смеси кристаллов М + С. Недостающую долю кристаллов компонента А можно определить по разности отношений отрезков (ЗР/АР - 1Р/АР) = = -1 3 /АР (знак ’’минус” опять означает, что кристаллов компонента А не хватает), а избыточную долю (или остаток) жидкости Жр - соот ветственно по разности (ЗА/АР - 1А/АР) = 13/АР. Недостаток крис таллов компонента А равен по величине, но обратен по знаку избытку жидкости Жр (см. аналогичные отношения отрезков для сплава 2). Таким образом, по окончании перитектической реакции в сплаве 3 в равновесии остаются жидкость Жр и кристаллы соединения М и компонента С. Доля оставшейся жидкости Жр измеряется отношением отрезков 13/1Р, а образовавшихся кристаллов - М + С - отношением
ЗР/1Р. Остальные фазовые превращения |
в сплаве 3 при |
понижении |
температуры можно записать как Жр _ р |
t p - t p |
t p |
------ М + С и Жр — >М + |
||
+ 6 + С (кристаллизация двойной и тройной эвтектик). |
|
На кривой охлаждения сплава 3 (рис. 103) видны три критические точки (две нижние - горизонтальные площадки при температурах tp и tp), а в структуре (рис. 104, в) - главным образом три структурные составляющие: смеси кристаллов М + С перитектического и эвтекти ческого происхождения (различить эти составляющие трудно) и тройная эвтектика М + В + С. Долю эвтектики М + В + С (или жидкости Жр) можно определить отношением отрезков ЗЬ^ЬхЕ, а суммарную долю кристаллов М + С разного происхождения - отношением 3E/bt E. До лю эвтектики М + С в сплаве 3 нетрудно оценить по разности отношений отрезков (13/1Р - ЗЬ1/Ь1 Е) или (ЗБ/ЬХЕ - ЗР/1Р).
Фигуративная точка сплава 4 располагается в области АрР (попадая также в четырехугольник АМРС). Следовательно, по окончании первич-
„ t* ~ ta
ной кристаллизации компонента А (Жд _ а -------- * А) в сплаве протекает *а ~ fP
первая (Жа - р + А -------- ► М), а затем - вторая перитектическая реакция Жр + А *■М + С. Первая перитектическая реакция начнется в тот
момент, когда жидкость примет состав точки а на кривой рР (фигура тивная точка сплава 4 окажется на большой стороне Аа первого конодного треугольника АаМ), а закончится при температуре tp. При этой температуре в сплаве останутся и жидкость Жр, и кристаллы компо нента А (их доли по правилу центра тяжести треугольника АМР изме ряются отношениями отрезков 4с/сР и 47/А7), необходимые для про текания второй перитектической реакции Жр + А •* М + С. Поскольку фигуративная точка сплава 4 располагается в треугольнике АМС, то перитектическая реакция Жр + А -* М + С, как в сплаве 2 , закончится исчезновением жидкости Жр (с остатком кристаллов компонента А). Доля оставшихся кристаллов этого компонента определится отноше нием отрезков 45/А5, а отношение 4А/А5 будет характеризовать суммарную долю кристаллов соединения М и компонента С.
На кривой охлаждения сплава 4 видны три критические точки (см. рис. 103), а в структуре (рис. 104, г) - три структурные составляющие: первичные кристаллы компонента А с характерными разъеденными краями (из-за взаимодействия с жидкостью), кристаллы соединения М в виде ободков вокруг этих кристаллов и смесь кристаллов М + С перитектического происхождения.
Фазовые превращения в сплаве 5, расположенном в точке пересе чения линии Аа и разреза М - С, аналогичны превращениям в сплаве
|
t 5- t3 |
tg ~ tp |
tp |
|
|
4: Ж5 _ a ------* |
А, Жа - p+ A ------- ► M и Жр+ A — *■M + С, но перитек |
||||
тическая |
реакция |
при температуре tp заканчивается одновремен |
|||
ным исчезновением жидкости Жр и кристаллов компонента |
А (как |
||||
в сплаве |
1 - |
см. выше). На кривой охлаждения |
сплав 5 также |
имеет |
|
три критические |
точки, а в структуре - две |
структурные состав |
ляющие: кристаллы соединения М и смесь кристаллов М + С пери тектического происхождения (рис. 104, д). Доли этих составляющих можно определить отношениями отрезков 51/1М и 5М/1М. Последнее отношение по существу характеризует суммарную долю жидкости Жр и кристаллов компонента А при температуре tp до начала перитек тической реакции Ж р+ А -* М + С, что следует из правила центра тя жести треугольника АМР.
Фигуративная точка сплава 6 находится в треугольнике МРС, одно временно попадая в треугольник МВС. От предыдущих сплавов 4 и 5 этот сплав отличается тем, что перитектическая реакция Жр + А -~М + + С в нем заканчивается исчезновением кристаллов компонента А, т.е. с остатком жидкости Жр (как в сплаве 3). Долю оставшейся жидкос ти можно оценить отношением отрезков 6d1/P d1. До начала перитек тической реакции жидкости Жр было больше (Sd/Pd). Следовательно, разность отношений отрезков (Sd/Pd - GdJPdJ будет характеризовать долю жидкости Жр, которая расходуется вместе с кристаллами ком
понента А на образование смеси кристаллов М + С. При дальнейшем понижении температуры из оставшейся жидкости Жр по кривой РЕ сначала выделяется эвтектика М + С, а затем при температуре tp из жидкости ЖЕ - эвтектика М + В + С. В итоге, на кривой охлаждения сплава 6 (см. рис. 103) можно отметить четыре критические точки, а в структуре — главным образом четыре структурные составляющие: кристаллы соединения М, образовавшиеся по перитектической реак ции Ж + А -*• М, смесь кристаллов М + С перитектического и эвтекти ческого происхождения и эвтектику М + В + С.
Долю кристаллов соединения М, образовавшихся по перитектической реакции, можно оценить отношением отрезков 63/3M, а смеси М + С перитектического происхождения - по разности отношений отрезков (6P/Pd163/3M), где отношение отрезков 6P/Pd характеризует суммар ную долю соединения М и компонента С в момент окончания перитек тической реакции Жр + А -*• М + С. Что касается доли эвтектики М + + В + С (или жидкости Ж е, из которой она выделяется), то ее нетрудно найти, сделав те же построения, что для сплава 3. Зная суммарную долю эвтектик М + Си/ И + В + С (или жидкости Жр, оставшейся после перитектической реакции Жр + А -*■ М + С), которая измеряется отно шением отрезков 6d1/P d1, можно найти и долю эвтектики М + С.
Фигуративная точка сплава 7 располагается на стороне МР четырех угольника АМРС. Как и в сплавах 4 - 6 , после первичной кристалли-
зации компонента А (Ж7 _ а |
----- ► А) в этом сплаве протекает перитек- |
тическая реакция Жа _ Р + А |
(а ~ fP |
------- ► М. В момент ее начала фигуратив |
ная точка сплава 7 располагается на большой стороне Аа конодного тре угольника АаМ, а в момент окончания - на малой стороне МР треуголь ника МАР. Это значит, что перитектическая реакция в сплаве 7 закан чивается при температуре tp исчезновением кристаллов компонента А, и в равновесии остаются жидкость Жр и образовавшиеся кристаллы соединения М. Можно сказать, что сплав 7 является последним из ряда сплавов 4, 5, 6 и др., в котором перитектическая реакция Жа _ р + А -*•
М успевает закончиться при температуре tp, но с исчезновением кристаллов компонента А, тогда как в предыдущем сплаве 6 (см. выше) в момент окончания этой реакции доля оставшихся кристаллов компонента А измерялась отношением отрезков 67/7А, в сплаве 5 - отношением 57/7А, и т.д.
В момент окончания перитектической реакции Жа _ р + А -*• М доли оставшейся жидкости Жр и образовавшихся кристаллов соединения М измеряются отношениями отрезков 7М/МР и 7Р/МР. Поскольку для второй перитектической реакции Жр + А -*• М + С есть только жидкость Жр, то эта реакция в сплаве 7 не протекает, а при понижении темпера-
туры сначала кристаллизуется эвтектика Жр _ р ------- * М + С, а затем -
1Е
эвтектика Жр—* М + В + С.
На кривой охлаждения сплава 7 видны четыре критические точки (см. рис. 103). По структуре этот сплав мало чем отличается от преды дущего сплава 6 (см. рис. 104, е). В нем можно увидеть три структур ные составляющие: кристаллы соединения М, двойную эвтектику М + С и тройную эвтектику М + В + С, доли которых нетрудно найти по правилам рычага и центра тяжести треугольника.
Самый сложный путь кристаллизации имеет сплав 8, расположен
ный в |
области МрР. |
По |
окончании первичной |
кристаллизации |
|
(Ж8. |
t a ~ t g |
|
|
|
|
А) в этом сплаве, как и в сплавах 4 - 7 , |
протекает пери- |
||||
тектическая реакция Жа |
+ |
А |
ta ~ to |
|
|
М, но она заканчивается при |
|||||
температуре (а > tp. В этот момент малая сторона |
М а1 конодного |
||||
треугольника А а гМ оказывается |
проходящей через |
фигуративную |
точку сплава 8. При температуре tp эта реакция закончиться не может (как в сплаве 7), так как фигуративная точка сплава окажется вне треугольника Аа В момент окончания этой реакции в равновесии оказываются жидкость Жв1 и образовавшиеся кристаллы соединения М, доли которых измеряются отношениями отрезков 8М/Ма х и 8а JMa v При дальнейшем понижении температуры (ниже tBi) в сплаве 8 про должится кристаллизация соединения М теперь уже без участия крис таллов компонента А, т.е. непосредственно из жидкости (Жа _ а
~*а2
——» М), затем по эвтектической кривой РЕ выделится эвтектика
Жд2_ £ -------► М + С и, наконец, при температуре tp из жидкости Жр - эвтектика М + В + С.
На кривой охлаждения сплав 8 имеет максимальное число критичес ких точек, равное пяти (см. рис. 103). Верхняя критическая точка отве чает температуре начала кристаллизации компонента А, вторая и третья точки - температурам начала и конца перитектической реак ции Ж + А -*• М (с исчезновением кристаллов этого компонента) и на чала кристаллизации соединения М непосредственно из жидкости, четвертая - температуре начала кристаллизации эвтектики М + С и, наконец, пятая критическая точка - температуре кристаллизации эв тектики М + В + С. По структуре сплав 8 принципиально не отличается от предыдущих сплавов 6 и 7 (см. рис. 104, е).
Если фигуративная точка сплава располагается на кривой рР, как, например, сплава а (или a j), то в таком сплаве перитектическая реак ция Ж + А -► М не протекает (из-за отсутствия кристаллов компонен та А). Кристаллизация такого сплава начнется с выделения кристаллов
соединения М. Например, фазовые превращения в с^ а в е а* МОЖно
|
|
|
|
п - |
я м м * |
UT |
_ а |
а1 |
^ 2 лу! f n „ |
u u U o - |
|
||
записать в следующие три стадии: |
Жа1 |
|
|
М (Первичная крис. |
|||||||||
таллизация соединения М), Жа? _ £ |
|
1И + С и |
„ М + в + С |
||||||||||
рРЕе, первичной кристаллизации соединения /и (Ж9 >. а |
|
|
М, |
||||||||||
Ж |
|
*а,"*Е |
|
fE |
|
|
|
|
|
3 |
|
с |
|
— £ |
+ |
/И + В и Ж — »/И + В + С), но вместо эвтектики /и + |
|||||||||||
/и д |
■Т ’’' |
— I. |
е |
------ |
|
* • |
|
|
^ • * |
ш Г |
|
\ j |
|
|
|
------- -- » » т/м # ти 1/л |
АЛ |
О |
Li о 1/г\мгч_.% |
л \ / Л д ч ь .А .|Ма |
^ __ |
|
|||||
в нем выделяется эвтектика М + В. На кривой осаждения сплав 9 |
|||||||||||||
имет три критические точки, а по структуре |
- |
аналогичен |
Сплавам |
||||||||||
6 - |
8. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При кристаллизации сплава 10, расположенного в ^треугольнике |
||||||||||||
АМС, протекают следующие превращения: Ж1о |
|
|
(первич- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ta |
—tn |
|
|
|
|
ная кристаллизация компонента А), ЖВа_ р |
|
*р |
|
|
|
|
|||||||
|
-*■ |
^ + С (кристаллиза |
|||||||||||
|
|
|
|
|
*р |
|
|
|
|
|
реакция, |
||
ция эвтектики А + С) и Жр + А — |
► М + С (перитектическая |
заканчивающаяся исчезновением жидкости Жр). На примере этого сплава видно, что в перитектической реакции ЖР + А М + С принима ют участие не только первичные кристаллы компонента А (их доля определяется отношением отрезков lO aJA aJ, но и кристаллы, вхо дящие в эвтектику А + С, т.е. все кристаллы компонента А, имеющиеся в сплаве при температуре tP. Доля этих кристаллов перед началом перитектической реакции измеряется отношением отрезков 10f/Af, а по ее окончании - отношением 1 0 fi/A fi.
Сходные превращения претерпевает сплав 11, расположенный в об-
t u - ta
ласти CetPEe3 первичной кристаллизации компонента С: Жц - а — >
t u - t g |
ta - t P |
fP |
------ » |
С, Жа< _ р ------ ► |
А + С и Жр + А — fM + С. В перитектичес |
кой реакции, которая также заканчивается исчезновением жидкости Жр, принимают участие кристаллы компонента А из эвтектики А + С. Кривые охлаждения сплавов 10 и 11 (каждая с тремя критическими точками) показаны на рис. 103.
В отличие от этих сплавов, заканчивающих кристаллизацию при температуре tP, сплав 12, расположенный в треугольнике МВС, закан чивает кристаллизацию при температуре tp, претерпевая следующие
фазовые превращения: Ж ^ - а |
*12 - *а5 |
С, Жа |
*а5- *Р |
|
------- * |
_ р ------ * А + С, Жр+ |
|||
tp |
tP - t E |
5 |
tE |
5 |
+ А — ►М + С, Жр _ £ ------» М + С и ЖЕ—* М + В + С. На кривой охлаж дения этот сплав имеет четыре критические точки (см. рис. 103) и т.д.
3. Изотермические разрезы
Инконгруэнтный характер плавления соединения М усложняет строение изотермических разрезов (рис. 105) по сравнению с анало гичными разрезами системы с двойным конгруэнтно плавящимся соединением (см. рис. 96). Предлагаемые разрезы построены в пред положении, что температуры плавления компонентов А, В, С и соеди нения М равны 1000, 900, 750 и 800 °С, эвтектик e t, е2 и е 3 - 700, 650 и 500 °С, а нонвариантных точек Р и Е - 600 и 350 °С.
При 650 °С (рис. 105, а) следы от сечения поверхостей ликвидуса изображаются изотермами ab, e2a v bbt и е2а, а линейчатой поверх ности начала кристаллизации эвтектики А + С - конодами АЬ и ЬС. Каждая из изотерм ликвидуса изображает составы жидкости, которая находится в равновесии с кристаллами компонентов А, В, С и соеди нения М в сплавах двухфазных областей Ж + А, Ж + В, Ж + С и Ж + М . Конодный треугольник АЬС является геометрическим образом эвтек тического равновесия Ж ь — А + С. Эвтектика М + В при 650 °С может кристаллизоваться только в сплавах системы А - В (на участке М - В), поэтому изотермы ликвидуса е2а и е2а 1 сходятся в эвтектической точке е2 и здесь соответствующего конодного треугольника пока нет. Наконец, еще один конодный треугольник АаМ изображает перитектическое равновесие Жа + А ~ М. Большая сторона Аа этого треугольни ка представляет собой след от сечения линейчатой поверхности на чала, а малая сторона Ма - след от сечения поверхности конца перитектической реакции Ж + А-+М.
Изотермический разрез при 600 °С (fp) можно представить в двух
а
вариантах. Первый из них (рис. 105, б) фиксирует фазовые равновесия, предшествующие перитектической реакции Жр + А -* М + С. Если срав нить этот разрез с предыдущим разрезом при 650 С, то увидим, что двухфазная область Ж + А стягивается в диагональ АР четырехуголь ника АМРС. В сплавах этой диагонали в равновесии оказываются жидкость Жр и кристаллы компонента А, т.е. фазы, вступающие в перитектическую реакцию Жр + А М + С. Трехфазные области Ж + + А + М и Ж + А + С принимают максимальные размеры; конодные треугольники АРМ и АРС изображают соответственно перитектическое
Жр + А ^ М и эвтектическое Жр ^ А |
+ С равновесия |
при температу |
ре tp перед началом перитектической |
реакции Жр + А |
•* М + С. Ана |
логично увеличиваются в размерах двухфазные области Ж + ВиЖ + Си появляется новый конодный треугольник МвзВ, изображающий эвтек тическое равновесие Ж3г ^ М + В.
Второй вариант изотермического разреза при 600 °С будет характе ризовать фазовые равновесия в сплавах в момент окончания пери тектической реакции Жр + А ->■М + С. Четырехугольник АМРС окажется разделенным второй диагональю МС на два конодных треугольника АМС и МРС. В сплавах первого треугольника перитектическая реакция закончилась исчезновением жидкости Жр (с остатком кристаллов ком понента А) и они станут трехфазными А + М + С, в сплавах второго треугольника - наоборот, исчезновением кристаллов компонента А (с остатком жидкости Жр) и они окажутся трехфазными Жр + М + С. Конодный треугольник МРС будет первым из ряда конодных треуголь ников, изображающих эвтектическое равновесие Жр ** М + С в момент окончания перитектической реакции Жр + А •* М + С. В сплавах диа гонали МС эта реакция закончится одновременным исчезновением обеих исходных фаз и они окажутся двухфазными М + С. В остальном
этот разрез будет повторять предыдущий |
(первый |
вариант - |
рис. 105, б). |
|
|
4. Политермические разрезы |
|
|
Прежде всего построим политёрмический |
разрез М |
- С, совпа |
дающий с диагональю четырехугольника АМРС (рис. 106, а). Кривая1 ликвидуса этого разреза (рис. 106, б) состоит из двух ветвей М'2" и 2'С ' (следы от сечения поверхностей АрРе j и Се1РЕе3 начала крис таллизации компонентов А и С), а линия солидуса изображается гори зонталью М2С2 при температуре tp (след от сечения плоскости перитектического четырехугольника АРМС). Перитектическая реакция Жр +А М + С в сплавах этого разреза заканчивается одновременным' исчезновением жидкости Жр и кристаллов компонента А, поэтому в твердом состоянии они содержат фазы М и С. Кривая M J ' (след от