Главная > Разное > Диаграммы равновесия металлических систем
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Часть III. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИВЫХ ЛИКВИДУС

ГЛАВА 10. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Структурные превращения в металлах и сплавах сопровождаются выделением или поглощением скрытой теплоты превращения (например, при расплавлении металлов поглощается скрытая теплота плавления) или же связаны с аномальной удельной теплоемкостью, которая наблюдается, например при образовании сверхструктуры в -латуни. Отсюда следует, что при нагревании или охлаждении металла или сплава в одинаковых условиях структурные изменения должны вызвать изменение хода кривой температура — время. По перегибу кривой можно найти температуру структурного превращения. В условиях истинного равновесия температура (или температурный интервал), при которой происходит данное структурное превращение, является постоянной для данного металла или сплава, но практически часто наблюдается температурный гистерезис структурного превращения. Например, при медленном охлаждении в условиях истинного равновесия жидкое олово затвердевает при постоянной температуре 231,9°, но в обычных опытах часто оказывается возможным, прежде чем начнется кристаллизация, охладить жидкое олово на 20 или 30° ниже его истинной температуры затвердевания. Это явление обычно называется переохлаждением. Переохлаждение является результатом кристаллизации, происходящей путем зарождения центров и их роста.

Маленькие зародыши твердой фазы оказываются нестабильными из-за их высокой поверхностной энергии и поэтому имеют склонность к исчезновению. При равновесной температуре превращения критический размер зародыша, ниже которого нет спонтанного роста кристаллов, бесконечен, но с падением температуры он быстро уменьшается. Таким образом,

существует область температур, в которой превращение развивается очень медленно или вовсе не происходит до тех пор, пока в жидкости не окажутся зародыши кристаллов.

В действительности образованию центров кристаллизации обычно, способствуют присутствующие примеси или стенки сосуда, в котором находится металл. Если исключить влияние инородных зародышей, то образование центров кристаллизации явится результатом флюктуаций свободной энергии в жидкости. Турнбулл [75] недавно показал, что таким образом все металлы можно переохладить приблизительно на 18% от температуры плавления (по абсолютной шкале). Поэтому для того, чтобы кривая охлаждения указывала истинную равновесную точку затвердевания сплава надо предотвратить переохлаждение. В большинстве металлических систем это условие может быть просто обеспечено уменьшением скорости охлаждения, но если этого, как и в случае олова, недостаточно, может оказаться необходимым вызывать кристаллизацию введением в жидкость маленьких частиц твердого вещества.

При нагревании гомогенного сплава плавление начинается при истинной равновесной температуре без перегрева, аналогичного переохлаждению. Однако в случае превращений в твердом состоянии эффект температурного гистерезиса иногда очень значителен, так что кривые охлаждения и кривые нагрева дают температуры превращения, лежащие соответственно ниже и выше истинных равновесных значений. При превращении в твердом состоянии новая фаза обычно развивается и растет из зародышей; в этих условиях должна произойти некоторая диффузия, чтобы группы атомов перестроились и образовали решетку, характерную для новой фазы.

При охлаждении сплава стремление к образованию новой фазы увеличивается по мере падения температуры ниже равновесной температуры превращения; однако эта тенденция уравновешивается уменьшением скорости диффузии. Таким образом, влияние температуры на скорость выделения новой фазы в общем случае можно представить в виде кривой, показанной на рис. 60. Числовые значения по оси ординат здесь изменяются в широких пределах в зависимости от выбора сплава. Для некоторых сплавов самая резкая закалка недостаточна для предотвращения структурных превращений; другие сплавы легко переохлаждаются и после закалки сохраняют структуру,

стабильную при высоких температурах. В связи с этим метод термического анализа имеет гораздо меньшее значение для изучения условий равновесия в твердом состоянии, чем в жидкой фазе, хотя, конечно, таким образом могут быть получены важные сведения о превращениях, которые происходят при данных скоростях нагрева и охлаждения.

Рис. 60. Влияние температуры на скорость выделения

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление