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

ГЛАВА 25. ПРИМЕНЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛОВ

Общие сведения

В этой книге мы не будем останавливаться ни на деталях эксперимента, ни на теории, лежащей в основе определения рентгеновским методом кристаллических структур или периодов решетки. Читатели могут найти данные по этому вопросу в специальной литературе [132—134].

Рис. 134. Схема снятия рентгенограмм порошков по методу Дебая-Шерера

Рентгеновское исследование металлов можно проводить на монокристаллах или поликристаллических образцах. Для работы над диаграммами состояния монокристаллы применяются редко, хотя они часто бывают нужны для определения кристаллической структуры. В большинстве случаев работа над диаграммами состояния проводится на порошковых образцах, приготовленных шлифовкой хрупкого сплава или опиловкой вязкого образца. При работе методом Дебая-Шерера (рис. 134) из опилок приготовляют цилиндрический образец диаметром Оптимальная его толщина зависит от природы сплава и целей исследования. Для точного определения периода решетки образец должен быть тонким. Низкая рассеивающая способность легких элементов приводит к тому, что в этом случае лучше применять значительно более толстые образцы,

чем при работе с элементами с большим атомным номером. Когда нужно отметить только присутствие определенных рентгеновских линий, продолжительность экспозиции может быть сокращена применением значительно более толстого образца по сравнению со случаем определения периода решетки.

Опилки можно поместить в тонкий капилляр из кварца или бористого стекла, а также можно укрепить на волосе раствором канадского бальзама в ксилоле. Кроме того, опилки можно смешать с небольшим количеством раствора канадского бальзама, а затем осторожно скатать в цилиндры.

Другие методы приготовления образцов, позволяющие несколько снизить рассеяние и поглощение, включают использование коллодиевых трубочек, целлофановых капсуль и клея. Такой образец состоит из большого числа маленьких кристаллитов, и, если его вращать под пучком рентгеновских лучей, некоторые из этих кристаллов окажутся ориентированными по отношению к рентгеновскому лучу таким образом, что окажутся возможными отражения, которые для каждой серии атомных плоскостей будут лежать на поверхности одного конуса. Отражения фиксируются на пленке, помещенной в виде цилиндра вокруг образца, как показано на рис. 134. По данным измерений пленки легко вычислить угол, под которым отражается падающий луч, равный где — угол между падающим лучом и рядом атомных плоскостей, дающих отражение. Отражение получается при условии, что где целое число, — длина волны рентгеновских лучей, межплоскостное расстояние (расстояние между двумя ближайшими плоскостями, дающими отражение). В кубической решетке связано с периодом решетки простым соотношением. В кристаллах низшей симметрии зависимость между периодом решетки и межплоскостными расстояниями более сложная. Ниже приводятся данные для некоторых решеток.

Кубическая:

Тетрагональная:

Ромбоэдрическая (ромбоэдрические координаты):

Гексагональная:

Ромбическая:

Моноклинная:

В приведенных формулах, — индексы плоскостей; с — длины ребер элементарной ячейки; — углы между ребрами элементарной ячейки.

Из уравнения Брэгга следует, что для данного изменения периода решетки изменение угла 6 возрастает с приближением угла к поэтому для точных определений периода решетки необходимо получать линии под большими углами.

Характеристическое рентгеновское излучение каждого элемента в действительности состоит из двух линий и так называемого -дублета. Когда период решетки однороден, при больших углах линии дублета разделены. Если образец хорошо отцентрирован и не слишком сильно поглощает лучи, период решетки, вычисленный по каждой линии, должен быть одинаков, с точностью, непрерывно повышающейся при возрастании угла в от до 90°. В действительности образцы поглощают часть рентгеновских лучей, а конструкция камеры никогда не бывает совершенной; можно показать, что в результате этого для каждой линии получаются несколько различающиеся периоды решетки. К счастью, этот источник ошибок может быть устранен методами экстраполяции [135], и при благоприятных условиях таким способом периоды решетки могут быть определены с точностью до 0,002%.

Для исследования порошковых образцов применяется так называемая фокусирующая камера (рис. 135).

Преимуществом метода является отсутствие поглощения, вследствие чего все линии должны давать одинаковые значения периода решетки. Возможно, что этот прибор не нашел такого широкого применения, как камера типа Дебяя-Шерера, требующая меньшего количества опилок. В связи с тем, что каждая линия дает правильный период решетки, здесь не надо применять метод экстраполяции, хотя точность в этом случае непрерывно повышается с увеличением угла отражения.

Из некоторых очень твердых сплавов приготовить опилки бывает невозможно, в этом случае период решетки определяется с помощью камеры обратного отражения, принцип работы которой показан на рис. 136. В этой конструкции пучок рентгеновских лучей падает перпендикулярно к плоской поверхности образца, и лучи, отраженные под большими углами, фиксируются на плоской пленке. Обычно предусматривается устройство для движения или вращения образца в плоскости, совпадающей с его поверхностью, чтобы пучок рентгеновских лучей попадал на достаточную площадь [136].

Рис. 135. Схема камеры фокусирования

Рис. 136. Принцип работы камеры с обратным отражением

Тогда даже в сравнительно крупнозернистых образцах число кристаллитов, находящихся под благоприятным углом отражения, для каждой серии отражающих плоскостей будет достаточно велико, чтобы дать конус отраженных лучей, который при пересечении с пленкой образует круг. Если размеры камеры известны, то по диаметру колец может быть вычислен угол отражения. Для этого надо предварительно получить рентгенограмму и измерить линии какого-либо стандартного вещества, чтобы ввести поправку на сжатие пленки. Этот же метод применялся для опилок, нанесенных на плоскую поверхность.

Метод обратной съемки точен, но его большим недостатком является невозможность получения линий под малым углом отражения, что может привести к совершенно ошибочным заключениям. Известны случаи, когда при закалке сплава с

гранецентрированной кубической решеткой наблюдается тенденция к превращению решетки в плотноупакованную гексагональную. Во многих случаях было установлено, что на рентгенограмме в области малых углов отражения видны слабые линии этой решетки, хотя при больших углах видны только линии гранецентрированной кубической решетки. Если в этом случае применить камеру обратной съемки, никаких указаний на присутствие линии плотноупакованной гексагональной решетки не будет получено, и размеры решетки гранецентрированной кубической структуры могут быть неправильно отнесены к гомогенному сплаву.

Если сплав слишком тверд и из него нельзя приготовить опилки, рентгеновские отражения под малыми углами для определения фаз могут быть получены с плоской поверхности образца в камере для шлифа. В этом устройстве пучок рентгеновских лучей падает под небольшим углом на плоскую поверхность образца, помещенного в центре камеры. Отражения фиксируются на цилиндрической пленке, как и в методе Дебая-Шерера. Чтобы обеспечить отражения от достаточного числа кристаллов, образец должен совершать колебательные движения; при современной технике съемки могут успешно исследоваться образцы с достаточно большим размером зерна. Соответствующая конструкция камеры и держатели образца позволяет зафиксировать на одной стороне пленки отражения в интервале углов примерно 5—87°, а на другой 55—87°. Таким образом, камера может применяться для измерений периода решетки при использовании с обеих сторон отражений под большими углами или для определения фаз; за последние годы применение этого метода исследования значительно возросло.

Когда образец содержит небольшое количество твердой второй фазы, возможно сильное изменение метода. Если образец может быть протравлен так, что частицы второй фазы окажутся на поверхности, метод съемки со шлифа даст отражения второй фазы намного легче, чем какой-либо другой. Такой же метод можно применить и для цилиндрических прутковых образцов, укрепленных в обычной камере Дебая-Шерера для порошков; это было сделано Барнетом и Трояно [137] для сплавов, содержащих небольшие количества сложной -фазы

Для выявления присутствия фазы или предела, до которого она существует, может быть применен спектрометр со счетчиком Гейгера [138]. Это достигается установкой счетчика для измерения интенсивности яркой линии рентгенограммы

Дебая-Шерера исследуемой фазы и сравнением этой интенсивности с интенсивностью почернения общего фона около линий отражения. Прибор может быть также использован для определения интенсивности всех линий рентгенограммы Дебая-Шерера. В дальнейшем установки со счетчиками Гейгера будут, по-видимому, широко использованы при построении диаграмм состояния, особенно в высокотемпературных рентгеновских камерах для определения эвтектоидных и перитектоидных горизонталей и других превращений. Такой метод может быть также применен для исследования скоростей реакций.

Область применения рентгеновского метода. Как было указано в главе 23, в настоящее время нет общего мнения относительно стадии, на которой должны быть применены рентгеновские методы при построении диаграмм состояния. Всегда желательно, чтобы рентгенограммы были сняты с каждой фазы системы и с достаточного числа промежуточных сплавов, чтобы убедиться, что не пропущены какие-либо другие фазы. При нахождении положения кривых растворимости в твердом состоянии рентгеновский метод ценен особенно в тех случаях, когда область твердого раствора уменьшается с понижением температуры и очень мелкие выделившиеся частицы могут быть не замечены при исследовании сплавов под микроскопом. В литературе есть немало примеров, когда в результате применения рентгеновских методов определения периода решетки удавалось установить, что область твердого раствора при низких температурах оказывается более ограниченной, чем показало предварительное исследование микроструктуры. В некоторых случаях метод микроисследования приводил к ошибке скорее вследствие применения неправильного режима при отжиге, чем из-за недостатка метода микроанализа; однако несомненно, что рентгеновский метод определения периода решетки, примененный со всеми предосторожностями, оказывается, обычно лучшим методом для исследования при пониженных температурах. В области более высоких температур лучше сначала провести предварительные исследования системы методами термического и микроанализа, использовать их возможно полнее для построения диаграммы, а затем применить рентгеновский метод для решения вопросов, для которых классические методы оказываются непригодными. Микроскопическое исследование разрешает установить много факторов, как ликвацию в слитке или распад при закалке, а подобные данные экономят много времени при последующем рентгеновском исследовании.

Некоторые физики считают, что вся диаграмма за исключением линии ликвидуса и в некоторых случаях линии солиду-са может быть построена рентгеновскими методами, если для исследования применяется высокотемпературная камера, когда при закалке происходит распад. Эту точку зрения очень защищают Оуэн и Моррис [139], которые считают метод микроанализа вспомогательным. Они указывают, что образец в виде опилок достигает равновесного состояния намного быстрее, чем компактный образец (см. ниже), и что рентгенограммы позволяют судить о том, достигнуто ли истинное термодинамическое равновесие.

По мнению авторов, такое заключение несколько преувеличивает преимущества рентгеновского метода и отчасти является следствием того, что весьма успешная работа Оуэна и сотрудников касается в основном диаграмм равновесия или участков диаграмм, основные черты которых были уже установлены классическими методами. Если бы эти рентгенографы первыми должны были исследовать те же сплавы, возможно, что их мнение об относительных преимуществах рентгеновского метода и метода микроанализа было бы другим. В некоторых случаях (а именно, район -фазы в системах серебро — цинк и медь—цинк [120]) рентгеновский метод приводил к неправильным результатам вследствие распада при закалке, а это, повидимому, не было отмечено. Таким образом, едва ли справедливо мнение, что рентгеновский метод исчерпывающим образом показывает установление истинного равновесия. Верно, конечно, что если опилки могут быть отожжены без загрязнения в кварцевой ампуле или в ампуле из другого материала или если они оказываются настолько нелетучи при нагреве в вакууме или инертном газе, что состав не изменяется, диаграмма состояния может быть построена одним рентгеновским методом с применением закаленных образцов и высокотемпературной камеры. Однако предварительно должно быть проведено исчерпывающее исследование, предохраняющее от различных возможных ошибок. Обычно почти все эти сведения быстрее всего можно получить комплексным методом, используя термический, микро- и рентгеновский анализы. Применение же одного рентгеновского метода может привести к ошибочным результатам. Вопрос об относительном преимуществе рентгеновского и классических методов весьма спорный, и мы здесь не будем обсуждать детали.

Читатель, который хочет изучить противоположные точки зрения, должен ознакомиться с дискуссией, проведенной в

1942 г. [140], а также со статьей Оуэна и Морриса [139] и ее обсуждением [141].

Метод исчезающих линий. Рентгеновский метод чрезвычайно полезен для распознавания фаз в сплавах и может применяться для этой цели, даже если невозможно индицировать диффракционные линии и определить кристаллическую структуру. Если получена эталонная рентгенограмма отдельной фазы, то часто бывает достаточно простого визуального сравнения рентгенограмм для определения присутствия данной фазы в многофазном сплаве. Это метод часто оказывается полезным при изучении бинарных систем, а в тех случаях, когда сплавы трудно травятся, он может быть единственным для окончательного построения диаграммы. В тройных и более сложных сплавах, где одновременно может существовать много фаз, применение рентгеновского метода подтвердило, что области различных фаз определены правильно.

Естественно, что должны быть сделаны попытки рентгенографического определения границ фазовых областей методом, принцип которого заключается в следующем: если линия данной фазы наблюдается на одной рентгенограмме и отсутствует на другой, то граница должна быть проведена между температурами или составами, к которым относятся эти снимки. Так же, как и при микроисследовании, чувствительность рентгеновского метода при построении линий диаграммы зависит от ширины двухфазной области. Так, на диаграмме состояния медь — цинк протяженность двухфазной области при данной температуре невелика, так что определение -фазы дает возможность установить границу с большой степенью точности. В равновесной диаграмме медь—серебре двухфазная область простирается на 90% (атомн.), и здесь определением твердого раствора, богатого серебром, нельзя точно установить область распространения твердого раствора, богатого медью. Кроме того, чувствительность рентгеновского метода зависит от того, дает ли исследуемая фаза резкие линии, не затемняющиеся фоном. В благоприятных случаях визуально по рентгенограмме можно определить даже фазы, а фотометром можно достигнуть и большей точности. Точность намного снижается, если сильные линии двух фаз перекрываются; тогда фазы нужно различать по более слабым линиям.

Если применяется метод исчезающих линий, нужно принять описанные ниже предосторожности в связи с приготовлением образцов; не следует пытаться просеивать опилки

многофазного сплава. Вопрос об относительном преимуществе этого метода по сравнению с методом микроанализа является дискуссионным. Если фазы удовлетворительно разделяются травлением, то метод микроанализа оказывается намного более точным, чем рентгеновский метод исчезающих линий. Это справедливо при условии, что отжиг проводится при достаточно высокой температуре, и выделившиеся частицы оказываются легко различимыми. При более низких температурах, при которых выделившиеся частицы очень малы, больше подходит рентгеновский метод; однако лучший результат дает сочетание этих двух методов, чем раздельное их применение. При работе методом исчезающих линий всегда рекомендуется проконтролировать его чувствительность рентгенограммами искусственной смеси опилок изучаемых фаз. На интенсивность линий влияют размер и форма кристаллитов, поэтому интенсивность их может несколько отличаться при использовании в одном случае синтетической смеси и опилок, в другом случае — компактного куска сплава. Такое исследование может предупредить слишком оптимистические заключения о точности метода исчезающих линий.

Брэдли [142] сделал попытку использовать этот метод для определения относительных количеств фаз по относительной интенсивности линий рентгенограммы, найденной фотометрированием. При таком способе работы нельзя просеивать частицы. Тейлор [143] и Бриндли [144] показали, что на интенсивность линий влияют размер и форма частиц и поэтому ценность метода сомнительна.

Приготовление и термическая обработка образцов для рентгеновского исследования. В предыдущих главах мы описали методы приготовления литых образцов для построения диаграмм состояния. Слитки для рентгеновского исследования могут также изготовляться описанными выше способами; лишь в некоторых случаях применяются особые методы. Оуэн и его сотрудники [145] разработали диффузионный метод приготовления рентгеновских образцов летучих сплавов. Навески двух металлов, один из которых (например, цинк) относительно летуч, помещают в откаченную трубку и нагревают до достаточно высокой температуры, при которой заметно проявляются летучесть и диффузия. Если структура не очень быстро изменяется при охлаждении, сплав можно затем закалить и получить образец, соответствующий равновесию при данной температуре.

Эти же исследователи разработали методику

приготовления небольших образцов для рентгеновского исследования сплавлением в откаченных и запаянных кварцевых трубках точно взвешенных навесок металлов. Полученные слитки взвешивали, чтобы убедиться, что не произошло потери веса. Метод оказался очень удобным для исследования сплавов меди или серебра с относительно неактивными металлами. При изучении многих других сплавов необходимо проводить химический анализ некоторых слитков, так как метод взвешивания слитка недостаточно надежен, потому что потеря металла может быть возмещена примесями.

Обычно литые слитки состоят из нескольких фаз или из одной фазы разного состава. Отсюда следует, что обычно лучше не брать опилки от слитка до «гомогенизации» отжигом при высокой температуре. Термин «гомогенизированный» часто применяется для определения предварительного отжига при высокой температуре, хотя сплав в результате такой обработки содержит более одной фазы. Так, литая латунь 60/40 может состоять из а- и -фаз, каждая из которых имеет разный состав; после «гомогенизации» сплав может остаться двухфазным но каждая фаза будет одного состава.

Исходный литой образец неоднороден по составу в масштабе, сравнимом с размером опилок. Следовательно, опилки, приготовленные сразу из слитка, могут иметь разный состав, а для достижения при отжиге равновесного состояния необходимо, чтобы произошла диффузия между отдельными частицами. Если сплав содержит относительно летучие составляющие, равновесие может быть легко достигнуто при более высоких температурах. Так, если отжечь опилки двухфазной латуни при температурах выше 600°, равновесное состояние быстро достигается вследствие летучести цинка, и опилки получаются блестящими. Для нелетучих металлов условия для достижения равновесия оказываются менее благоприятными, особенно если поверхность опилок под действием атмосферы покрывается тонким слоем окислов. Поэтому обычно все слитки, которые предназначаются для приготовления рентгеновских образцов, предварительно отжигают при высоких температурах.

После предварительного отжига слитка процесс изготовления образцов для рентгеновского исследования определяется структурой. При исследовании сплавов, которые при всех температурах являются однофазными, отожженный слиток может быть медленно охлажден, после чего, если сплав достаточно стабилен, опилки набираются простой ручной опиловкой на

воздухе или, если сплав активен, в одном из устройств, описанном ниже. Во всех случаях за исключением очень хрупких материалов или материалов с настолько низкой точкой плавления, что рекристаллизация происходит при комнатной температуре, опилки получаются в напряженном состоянии и дают размытые линии. Поэтому их следует отжечь в запаянных откаченных трубках при температурах, достаточных для удаления влияния наклепа.

Для напиливания могут применяться автоматические машины, но для некоторых сплавов такой метод неудобен вследствие комкования опилок. Бывает также трудно убедиться, что данная порция опилок не загрязнена остатками опилок предыдущего опыта. Простая машина для опиловки показана на рис. 137.

Рис. 137. (см. скан) Устройство для изготовления опилок: 1 — мотор с вращающимся рычагом; 2 — личной напильник; 3 — держатель образца; 4 — опилки, собранные в коробку; 5 — компактный образец сплава; 6 — подставка, убирающая напильинк с образца; 7 — подвижный груз

Машина разрешает изменять как нагрузку на напильник, так и скорость опиловки. Опилки набираются с той же скоростью, как и при работе вручную. Работа машины показана на схемах а-г. Устройство обусловливает движение напильника по поверхности только в одном направлении. Для некоторых исследуемых материалов можно применять фрезерование, выбрав в зависимости от изучаемого сплава толщину зубцов фрезы.

Из сплавов хрупких, но не слишком твердых и не активных, можно легко приготовлять мелкие порошки ручным размолом в агатовой ступке. Некоторые интерметаллические фазы настолько хрупки, что не могут пластически деформироваться, и их порошки без отжига дают резкие линии. Однако обычно

порошки, полученные размолом вручную, также рекомендуется отжигать, чтобы быть уверенным, что напряжения не повлияли на период решетки.

Трудности возникают при исследовании очень твердых сплавов. Если сплав магнитен, его можно размолоть на корундизовом круге и получить таким образом смесь порошка окиси алюминия и сплава, из которой сплав может быть извлечен магнитом. Однако из-за сцепления мелких частиц едва ли возможно получить полное разделение; хотя окись алюминия обычно не реагирует со сплавом в процессе термической обработки, сплав желательно анализировать отдельно. Для немагнитных сплавов успех может быть достигнут при употреблении фрез или циркулярных пил из карбида вольфрама. Однако надо принять во внимание, что зубчики пил из карбида вольфрама хрупки и в опилках может оказаться заметное количество карбида.

Другой способ состоит в использовании оправленного в металл алмазного бруска, при помощи которого можно получить опилки из очень твердых сплавов. Все алмазные частицы из бруска могут быть удалены флотацией в растворе Клериси, смеси формата таллия и малоната таллия, удельный вес которой при комнатной температуре около 4,1. Если трудно приготовить опилки твердого сплава достаточной чистоты, рентгеновское исследование может быть проведено методом обратного отражения от плоской поверхности, которая должна быть отшлифована, полирована и протравлена.

Перед детальным изучением сплава следует провести предварительное исследование, чтобы убедиться в достаточной однородности отожженного слитка по составу. Для этого недостаточно просто визуально наблюдать разрешение дублета Ка на линиях, полученных под большими углами. Простое качественное исследование заключается в изучении под микроскопом расщепления дублета на линиях при относительно малых углах, так как размытие от неравномерности состава легче заметить, когда составляющие дублета сближены. Другой метод применил Оуэн [146] с сотрудниками при определении периодов решетки на опилках из разных частей слитка. Оба описанных метода применимы, конечно, только в том случае, если кривая зависимости периода решетки, от состава имеет достаточно крутой наклон. Относительная точность каждого метода зависит от характера изменения состава. Небольшое

колебание состава опилок не влияет на данные измерения периода решетки, если отклонения симметричны, т. е. когда некоторые опилки имеют несколько большее, а некоторые несколько меньшее содержание элемента. Этот вид отклонений, однако, влияет на разрешение дублета, так что можно применять оба метода испытания.

В некоторых сплавах, например в твердом растворе серебра в алюминии, относительно большие изменения состава могут не повлиять заметно на период решетки, и в таком случае химический анализ различных частей слитка является лучшим способом убедиться в однородности состава.

Опыт показал, что если частицы недостаточно грубы, чтобы дать «точечную линию», размер частиц заметно не влияет на данные измерения периода решетки.

Рис. 138 Сито для просеивания порошков.

Следовательно, если только установлено, что отожженный слиток однофазного сплава достаточно однороден, точная степень измельчения встречающихся частиц неважна. Применение очень тонкого сита делает необходимым приготовление большого количества опилок. Для большинства работ по определению периода решетки достаточно просеять опилки через сито от 80 до Простая конструкция сита показана на рис. 138.

Другое преимущество применения относительно грубых сит заключается в том, что с их помощью нетрудно приготовить количество опилок, достаточное для того, чтобы химический анализ был проведен на самих опилках после их окончательной термообработки. Это дает возможность сопоставить данные химического и рентгеновского анализов. Такой метод несколько компенсирует влияние небольших колебаний состава однофазных сплавов, так как данные измерений периода решеток и результаты химического анализа относятся к одному и тому же образцу. Компенсация оказывается, конечно,

неполной и не оправдывает работы со слитками неоднородного состава.

При изготовлении опилок нужно принимать меры предосторожности, чтобы не загрязнить их вредными примесями в виде сажи, пыли и т. д. Так, Юм-Розери и Рейнольде [147] нашли, что опилки бинарных серебряных сплавов, приготовленные в лаборатории для обычных металлургических исследований, по данным анализа, содержат в сумме от 99,8 до 100% обоих металлов; однако сведений такого рода опубликовано очень мало. Опилки должны быть собраны по возможности на совок из глянцевой бумаги (обычная бумага содержит много ломких волокон, которые могут загрязнить опилки). Затем для удаления жира партия опилок должна быть промыта в четыреххлористом углероде, в котором ввиду его малого удельного веса всплывает большинство волокон и пыли; эти загрязнения могут быть удалены сцеживанием. Такой процесс должен быть повторен раз или два, после чего опилки несколько раз промывают в спирте для удаления четыреххлористого углерода, а затем в эфире. Далее опилки сушат в зависимости от природы сплава легким подогревом или откачкой в вакууме. Юм-Розери и Рейнольде нашли, что после такой обработки аналитическая сумма элементов возросла до 99,90-99,98%. Эти цифры показывают необходимость проведения анализа опилок на все металлические составляющие. Влияние загрязнений в зависимости от системы очень меняется, и в этом вопросе нельзя установить общие правила. Так, в сплавах меди и серебра углеродистая пыль, повидимому, мало влияет на периоды решетки, но в некоторых железных сплавах она может перевести часть опилок в аустенитное состояние.

В противоположность однофазным сплавам приготовление и термическая обработка опилок многофазных сплавов связаны со многими трудностями, которых часто не принимают во внимание. Очевидно всегда желательно в результате предварительной обработки уничтожить в многофазном сплаве эффект ликвации. После «гомогенизации» сплав тем не менее содержит две и более фазы, что может при опиловке привести к образованию частиц, состоящих только из одной фазы или из обеих фаз вместе. Размеры частиц для разных фаз могут сильно отличаться, и при просеивании соотношение фаз окажется сильно измененным; это явление наблюдали многие исследователи. Следует подчеркнуть, что если многофазный сплав был опилен и просеян, совершенно неправильно предполагать, что

просеянные опилки сохранили первоначальный состав образца. Просеянные частицы необходимо проанализировать, если они предназначаются для определения относительного содержания фаз по интенсивности рентгеновских линий. Например, в системе, показанной на рис. 139, может получиться, что -фаза распадается при закалке так, что слиток, закаленный из области -фазы, может состоять из смеси а- и у-фаз. В этом случае, если опилки просеяны и образец затем нагрет в высокотемпературной рентгеновской камере до области полученный состав может быть совершенно отличным от состава исходного слитка. Поэтому исследователь придет к совершенно ошибочным выводам, если не будет проведен анализ просеянных опилок. Такое явление было отмечено при изучении сплавов медь-индий.

В твердом сплошном сплаве различные фазы находятся в наиболее тесном контакте, и на изменения их состава влияет диффузия через границы зерен материала. В порошковой массе контакт между отдельными частицами обычно намного меньше. Поэтому термическая обработка опилок многофазного сплава затрудняется (равновесие между различными частицами в массе опилок достигается не так скоро). В тех случаях, когда сплавы летучи, равновесие между различными частицами достигается через газообразную фазу, как, например, для сплавов медь-цинк (см. выше), если температура достаточно высока.

Обычно при работе с нелетучими металлами вопрос о положении границ областей более сложен. На диаграмме состояния рис. 139 можно определить границу измерениями периодов решетки двухфазных сплавов х и у после отжига до достижения равновесия при различных температурах. До приготовления опилок сплав гомогенизируют, затем отжигают до равновесия при 750° и с этой температуры закаливают. Сплав при этом будет содержать -фазу состава -фазу. Если далее приготовить опилки и отжечь их при более низких температурах, например 600, 500 и 400°, то для достижения равновесия необходимо, чтобы выделилась т-фаза из -фазы. Благодаря сильному наклепу при опиловке этот процесс идет в опилках быстрее, чем в сплошном куске, если только он не слишком хрупок и допускает значительную деформацию. Отсюда следует, что здесь надо подобрать такой режим

термообработки сплава в куске и в опилках, чтобы при окончательном отжиге опилок выделение происходило в той фазе, границу которой определяют.

В том случае, когда диаграмма состояния имеет форму, приведенную на рис. 140, и компоненты сплава нелетучи, процесс будет совершенно другим. Если сплав (в куске) состава х отжечь до равновесия при 750°, он будет состоять из твердых и -фаз состава соответственно. После приготовления опилок и их отжига при в равновесном состоянии в -фазе выделений не будет, но -фаза должна будет принять состав, соответствующий точке А.

Рис. 139

Рис. 140

Трудно представить себе, что этого можно достигнуть быстрее отжигом опилок при 400°, чем отжигом сплошного образца, потому что процесс часто требует взаимодействия между отдельными частицами, а контакт между ними будет не таким тесным, как между различными фазами в многофазном сплаве.

В этом случае правильнее будет при каждой температуре отжигать сплав в виде сплошного образца до равновесия, а затем уже приготовлять опилки и отжигать их повторно при той же температуре. Время повторного отжига должно быть достаточным для удаления следов наклепа и других изменений, которые могут произойти при нагреве опилок в печи.

Очевидно, что правильная термическая обработка опилок многофазных сплавов требует тщательного анализа. Если нег никаких данных о системе, по-видимому, надежнее отжигать сплав в куске до равновесия при данной температуре, затем приготовлять опилки и отжигать их при той же температуре. Если общее направление границы фаз предварительно определено, описанные выше принципы дадут возможность решить, какой должна быть термообработка для получения в

кратчайшее время равновесного состояния. При пониженных температурах намного легче определить границы фаз, когда растворимость уменьшается с температурой, как, например, в случае границы областей на рис. 139; труднее определять границы с другим наклоном (см., например, рис. 140). Как указывалось выше, трудности достижения равновесия при низких температурах могут быть уменьшены, если на диаграмме при более высоких температурах имеется область гомогенной фазы, находящаяся над границей, положение которой нужно установить. В этих случаях рекомендации, данные для микроисследования, в равной мере относятся и к подготовке образцов для рентгеновского анализа.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление