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

ГЛАВА 13. СОСТАВ РАСПЛАВА

Ликвидус представляет серию точек затвердевания, отложенных в зависимости от состава. Точность определения ликвидуса зависит от знания состава в момент затвердевания, а также от погрешности измерения точки затвердевания. Контролю состава оказывалось сравнительно мало внимания, в результате чего многие работы, отвечающие другим требованиям, теряли большую часть своей ценности.

Независимо от метода записи кривых охлаждения исследуемые образцы во всех случаях должны быть проанализированы на все составляющие элементы. Это необходимо для того, чтобы обеспечить контроль чистоты сплавов. Если аналитическая сумма падает ниже 99,95%, то должен быть произведен анализ на загрязняющие элементы. В некоторых работах бывает необходимо добиваться суммы по крайней мере 99,99%. Это условие особенно желательно для сплавов переходных элементов, в которых следы кислорода, азота, углерода или кремния могут вызывать заметные изменения структуры сплава. Подобные предосторожности необходимо предусмотреть также для химически активных металлов, например щелочноземельных, температура затвердевания которых значительно понижается в присутствии азота. В таких случаях следует подчеркнуть значение анализа слитка на все составляющие металлы, так как в литературе имеется много примеров, когда ошибки получались из-за того, что процентное содержание металла вычислялось по разности.

В некоторых системах, где металлы не летучи, можно снимать кривые охлаждения с образцов при таком небольшом загрязнении или изменении состава, чтобы состав сплава, соответствующий точке остановки, мог быть вычислен непосредственно по навескам сплавляемых металлов. Конечно, этот метод должен быгь подтвержден анализом пробных слитков, и если, он правилен, то он наиболее прост и имеет много преимуществ в сравнении с некоторыми другими методами, которые описываются ниже.

Если применяется метод синтетического анализа, то следует в целях предосторожности сохранить все слитки, с

которых снимаются кривые охлаждения, до тех пор, пока не будет определен ликвидус в интересующей области. Это необходимо для того, чтобы проверить состав соответствующих образцов, если какие-либо точки покажутся неправильными. Таким образом, можно проверить ошибки, возникающие при взвешивании, вследствие брызг металла при перемешивании и т. д.

Другой метод контроля, применимый для относительно стабильных сплавов, заключается в следующем. Расплавленный металл медленно охлаждают вместе с печью до температуры приблизительно на 30° выше предполагаемой точки ликвидуса. По достижении такой температуры тигель быстро удаляют из печи и маленькую порцию металла отливают в изложницу; после этого тигель сразу же возвращают в печь и продолжают снимать кривую охлаждения. На практике время между отливкой пробного слитка и точкой остановки может быть уменьшено до нескольких минут, и изменение состава за этот период весьма мало. Этот метод имеет преимущество, заключающееся в том, что слитки получаются такого же состава, какой был при снятии кривой охлаждения. Таким образом, одна и та же серия анализов может служить и для определения точек ликвидуса, и для изучения образцов, применяемых для исследований, связанных с процессом отжига. При отливке образцов для анализов необходимо следить, чтобы металл был хорошо перемешан.

Если металл мало летуч и слабо подвержен загрязнению, то слиток сплава, кривая охлаждения которого снималась, следует подготовить к исследованию под микроскопом, а затем растворить для определения состава. Микроскопическое исследование слитков может дать очень полезные сведения. Эта возможность должна быть обязательно использована при исследовании новой системы. Для химического анализа важно использовать весь слиток, потому что в медленно охлажденном образце заметно проявляется ликвация, и анализы небольших порций могут дать результаты, вводящие в заблуждение. Это особенно проявляется при изучении сплавов с широкой областью затвердевания, ограниченной эвтектикой. После медленного охлаждения таких сплавов образовавшаяся эвтектика может присутствовать в относительно немногих, но больших участках. Когда необходимо получить самую высокую точность, иногда нет смысла проводить микроскопическое исследование слитков, с которых снимались кривые охлаждения. Это объясняется тем, что металл, израсходованный на разрезку и шлифовку, может вследствие сегрегации иметь другой

состав, чем у всего слитка в целом, так что аналитический результат будет ошибочным.

При анализе слитка, с которого снималась кривая охлаждения, естественно, предполагается, что изменениями в составе после начала затвердевания можно пренебречь. Вообще изменения в составе и загрязнения оказываются наибольшими при высокой температуре, так что изменения в составе ниже точки затвердевания составляют только небольшую часть общего изменения, происходящего за время всего опыта. Сравнение синтетических составов с составами, найденными при анализе окончательно затвердевшего слитка, дает исследователю возможность судить о пригодности метода.

При исследовании сплавов, в которых одна составляющая очень летуча, кривую охлаждения можно записывать до тех пор, пока не определится остановка; затем тигель (см. рис. 81) или закрытую трубу (см. рис. 82) удаляют из печи и быстро охлаждают. Таким путем можно значительно уменьшить изменение в составе после остановки. Этот метод дает возможность определить первую остановку, соответствующую точке ликвидуса, но не разрешает установить последующие критические точки.

Другой метод (метод экстрагирования), опробованный рядом исследователей, заключается в извлечении небольшой порции жидкого сплава незадолго перед началом затвердевания. Сплав может быть извлечен всасыванием через огнеупорную трубку или с помощью небольшого ковша. Полученный образец затем анализируют. Этот метод на первый взгляд заманчив, но практика показала, что он не всегда надежен. Так, Юм-Розери и Рейнольде [83] нашли, что в сплавах серебра и олова содержание олова в экстрагированном образце было всегда немного больше, чем вычисленное по навескам сплавляемых металлов. Причина этого точно не была установлена, но можно предполагать, что при удалении всасывающей трубки из расплавленного сплава капля жидкости падает обратно, после того как во всасывающей трубке началось затвердевание. Однако это объяснение недостаточно убедительно, потому что обычное затвердевание, происходящее от периферии к центру трубки, должно привести к противоположному изменению состава.

В соответствии с данными Хаутона [84], такая же трудность встречалась при работе с некоторыми сплавами, исследуемыми в Национальной физической лаборатории. Поэтому ясно, что метод экстрагирования можно использовать только

после тщательных контрольных испытаний. В общем метод становится менее надежным при увеличении разности температур между кривыми ликвидус и солидус данного сплава.

Остроумное устройство для отбора пробы было описано Г. Эдмундусом [85]. Это устройство состоит из эвакуированной пипетки у конца длинного манипулятора и содержит капиллярный выступ, как показано на рис. 99. Устройство погружают в расплав; затем выступ отбивают мешалкой, и расплав заполняет эвакуированную пипетку, которую затем удаляют из расплава. Это приспособление применялось для определения ликвидуса сплавов, богатых цинком. Работа велась по методу экстрагирования (глава 17), благодаря чему преодолевались описанные выше трудности.

При работе методом экстрагирования иногда можно преодолеть трудности, вызываемые летучестью компонентов сплава. Так, при исследовании сплавов, богатых серебром, и сплавов серебро-кадмий Юм-Розери и Рейнольде нашли, что выше 900° потери кадмия очень велики, вследствие чего требуются специальные предосторожности. Однако, работая в строго постоянных условиях, можно получить точные результаты. Для этой целя был расплавлен сплав и снята кривая охлаждения при постоянных условиях перемешивания, силе тока и т. д. Когда наступала остановка, ток в печи немного увеличивался так, чтобы сплав снова расплавлялся при тех же условиях перемешивания. Во время снятия повторной кривой охлаждения перед началом ожидаемой остановки быстро экстрагировалась маленькая проба, после чего запись кривой продолжалась до начала повторного затвердевания. Обычно вторая точка затвердевания вследствие потери летучего кадмия была на несколько градусов выше, чем первая. Отмечая время, при котором произошли первая и вторая остановки, а также время извлечения образца, можно было вычислить повышение точки затвердевания за 1 мин. в условиях опыта. Это давало возможность делать поправку на небольшие изменения, происходящие между моментом извлечения образца и моментом остановки на второй кривой охлаждения. Таким путем можно было получить точные результаты, несмотря на значительную потерю кадмия вследствие улетучивания. Для более летучих металлов необходимо применять метод работы с герметически закрытыми трубами (глава 18).

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление