HomeСложные металлы › Процесс затвердевания, кристаллизация и структура сплавов системы РЬ-Sb

Процесс затвердевания, кристаллизация и структура сплавов системы РЬ-Sb

Процесс затвердевания, кристаллизация и структура сплавов системы РЬ-SbРассмотрение процесса затвердевания проще всего начать со сплава, отвечающего точке о, имеющего только одну точку затвердевания, т. е. затвердевающего не в интервале температур, а при одной определенной температуре — при 240°.

 

Как известно, во всех сплавах взятой системы при затвердевании образуется смесь чистых металлов — компонентов; поэтому и данный сплав должен также превращаться при своей единственной температуре затвердевания из однородного жидкого раствора в смесь твердых компонентов.

 

Конечно, эти твердые компоненты (металлы) и здесь представляют кристаллические тела, причем процесс кристаллизации каждого из них должен происходить известным уже образом, т. е. сначала появятся зародыши — центры кристаллизации каждого металла, из них вырастают оси — дендриты, которые должны развиваться и в конце концов принять форму зерен.

 

Это и происходит в данном сплаве, только один из металлов успевает развиться до полных взаимно соприкасающихся зерен, другой же обычно не успевает развиться до . зерна и остается в виде недоразвившихся осей дендритов в форме мелких палочек, черточек, кружков и т. п., равномерно рассеянных в зернах первого металла.

 

Такая форма затвердевания второго металла и отсутствие возможности для развития формы крупных зерен объясняется тем, что затвердевание обоих металлов происходит одновременно, при одной температуре.

 

Возникающие из многочисленных центров оси дендритов второго металла не разрастаются значительно потому, что одновременно затвердевает и раз\’растается первый металл, препятствующий развитию второго.

 

В нашем сплаве, имеющем определенный состав точки о (отвечающем 13% Sb), таким металлом, который рассеян равномерно в виде мелких включений, является сурьма (Sb), а металлом, в котором располагаются эти включения и который служит как бы основой всего сплава, является свинец.

 

Если бы мы пожелали посмотреть, какой вид имеет под микроскопом строение такого сплава, то, приготовив шлиф, т. е. срезав и отполировав образец такого сплава по какой-нибудь плоскости, можно увидеть на этой плоскости множество светлых образований, сходных по форме, более или менее одинаковых по величине и равномерно перемежающихся с участочками другого оттенка.

Подобная структура, определяемая одновременным затвердеванием двух фаз, называется эвтектической или просто эвтектикой, а самый сплав, имеющий исключительно такую структуру, называется эвтектическим сплавом.

 

Эвтектический сплав имеет одну лишь критическую точку затвердевания и представляет собой механическую смесь двух металлов или фаз, равномерно распределенных между собой.

 

Как же затвердевают и какое строение имеют другие сплавы данной системы? видно, что все они имеют по две критические точки: нижнюю, лежащую на одной горизонтали с-эвтектической точкой о, и, следовательно, отвечающую одной и той же температуре, и верхнюю, расположенную для различных сплавов при разных температурах тем выше, чем больше сплав отличается по составу от эвтектического.

 

Как мы уже знаем, эта верхняя критическая точка соответствует началу затвердевания сплава, нижняя — концу его, т. е. затвердевание происходит в некотором интервале температур. Как показали исследования, в этом интервале происходит затвердевание одного из чистых металлов — компонентов; причем, если сплав содержит сурьмы меньше 13% (точка о), то из жидкого раствора в указанном интервале сперва затвердевает чистый свинец.

 

Если же сплав по составу содержит больше 13% Sb, то из жидкого выделяется сначала в качестве твердой фазы чистая сурьма. Например, если взять сплав с 40% Sb , то при его охлаждении в точке d начнется выделение из жидкости чистой твердой сурьмы, которая будет кристаллизоваться, как всякий чистый металл, известным способом, но с тем только отличием, это кристаллизация будет происходить не при одной температуре, а в интервале от точки а. до п.

 

Это не влияет на форму образующихся кристаллов сурьмы, и они получаются также сначала в виде осей — дендритов — и могли бы также развиваться в полные зерна, если бы это развитие не прерывалось образованием эктектики, когда сплав охладится до точки п. В этот момент та часть сплава, которая еще остается жидкой (сверх затвердевающей сурьмы), сразу вся переходит в равномерную эвтектическую смесь, какую мы только что рассмотрели. Следовательно, первоначальное затвердевание сурьмы прекращается на том, что образуется эвтектика, которая и располагается вокруг дендритов сурьмы.

 

Таким образом данный твердый сплав с 40% Sb должен быть построен из двух структурных составляющих: из кристаллов чистой сурьмы, выделяющейся в промежутке температур от d до п, и из эвтектической смеси, затвердевающей при постоянной температуре в точке п. Строение эвтектики нам уже знакомо. Строение же избыточной сурьмы должно представлять однородные выделения одного цвета с теми частичками сурьмы, которые наблюдаются в эвтектике, но только более крупных размеров.

 

Рассматривая структуру этого сплава под микроскопом, мы видим эти выделения избыточной сурьмы в виде крупных светлых участков. Между ними расположена эвтектика с ее характерной пестрой картиной равномерно чередующихся светлых и темных участков сурьмы и свинца. Из фигуры видно, что пестрых эвтектических участков в этом сплаве несколько больше, чем дендритов чистой сурьмы.

 

Понятно, что при другом составе сплава количество эвтектических участков будет другое, причем эвтектики должно быть тем больше, чем взятый, сплав по составу ближе к эвтектическому (18% Sb), и наоборот. Например, в сплаве с 80% Sb эвтектических участков должно быть гораздо меньше, чем в сплаве с 40% Sb, так как он более удален от эвтектического по составу.

 

И действительно, если мы посмотрим на его структуру (фиг. 50), то заметим, что пестрых (темных) эвтектических участков в нем совсем немного, и большая часть занята светлой чистой сурьмой, которая выделялась из жидкого сплава в промежутке температур е — р.

 

Этот чистый металл, который выделяется в сплавах в первую очередь, до образования эвтектики, принято называть и з б ы т о ч-н ы м, так как он находится в сплаве как бы в избытке сверх образующейся в нем эвтектики.

 

Избыточная сурьма и эвтектика составляют всю структуру сплава, почему их и называют структурными составляющими или структурными элементами сплава.

Эвтектика как структурный элемент должна встречаться во всех сплавах нашей диаграммы. Избыточная же сурьма может встречаться лишь в сплавах, расположенных за эвтектическим составом (правее эвтектической точки о). Такие сплавы называются поэтому заэвтектическими.

 

 

Сплавы же, расположенные по диаграмме до эвтектического Состава (левее эвтектической точки), называют доэвтектическими. Относительно их затвердевания и получаемой структуры можно сказать то же, что и относительно заэвтектических сплавов, только принимая во внимание, что в них находится в избытке уже не сурьма, а свинец.

 

Следовательно, в них затвердевание начнется в верхней критической точке выделением из жидкого сплава чистого твердого свинца, которое будет продолжаться во всем интервале температур от верхней критической точки до нижней. В последней оставшаяся жидкая фаза обогатится сурьмой до эвтектического состава и застынет сразу в эвтектическую смесь.

 

В этих сплавах структура должна состоять, кроме эвтектики, наряду с известными уже пестрыми участками эвтектики, заметны крупные округлые выделения черного цвета, которые и представляют собой избыточный свинец.

 

Форма этих выделений мало напоминает прямолинейные угловатые контуры кристаллических тел, однако она весьма часто встречается в металлических сплавах. Это сечения недоразвившихся кристаллов — дендритов.

 

В сплаве с 5% Sb, более удаленном от эвтектики, видно другое соотношение между структурными составляющими: эвтектики меньше, и большую часть площади в структуре занимают сеченая дендритов избыточного свинца

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.