Процес затвердіння, кристалізація та структура сплавів системи рь-sb, сталь і все про стали

Розгляд процесу затвердіння найпростіше почати з сплаву, що відповідає точці о, що має тільки одну точку затвердіння, т. Е. Затвердевающего не в інтервалі температур, а при одній певній температурі - при 240 °.

Як відомо, у всіх сплавах взятої системи при затвердінні утворюється суміш чистих металів - компонентів; тому і даний сплав повинен також перетворюватися при своїй єдиною температурі затвердіння з однорідного рідкого розчину в суміш твердих компонентів.

Звичайно, ці тверді компоненти (метали) і тут представляють кристалічні тіла, причому процес кристалізації кожного з них повинен відбуватися відомим уже чином, т. Е. Спочатку з'являться зародки - центри кристалізації кожного металу, з них виростають осі - дендрити, які повинні розвиватися і в кінці кінців прийняти форму зерен.

Це і відбувається в даному сплаві, тільки один з металів встигає розвинутися до повних взаємно дотичних зерен, інший же зазвичай не встигає розвинутися до. зерна і залишається у вигляді недоразвившихся осей дендритів в формі дрібних паличок, рисок, гуртків і т. п. рівномірно розсіяних в зернах першого металу.

Така форма затвердіння другого металу і відсутність можливості для розвитку форми великих зерен пояснюється тим, що затвердіння обох металів відбувається одночасно, при одній температурі.

Виникаючі з численних центрів осі дендритів другого металу не розростаються значно тому, що одночасно твердне і раз \ 'розтане перший метал, що перешкоджає розвитку другого.

У нашому сплаві, що має певний склад точки про (що відповідає 13% Sb), таким металом, який неуважний рівномірно у вигляді дрібних включень, є сурма (Sb), а металом, в якому розташовуються ці включення і який служить як би основою всього сплаву, є свинець.

Якби ми побажали подивитися, який вигляд має під мікроскопом будову такого сплаву, то, приготувавши шліф, т. Е. Зрізавши і відполірував зразок такого сплаву по якій-небудь площині, можна побачити на цій площині безліч світлих утворень, схожих за формою, більш -менш однакових за величиною і рівномірно перемежовуються з діляночці іншого відтінку.

Подібна структура, яка визначається одночасним затвердіння двох фаз, називається евтектичних або просто евтектикой, а самий сплав, який має виключно таку структуру, називається евтектичним сплавом.

Евтектичних сплав має одну лише критичну точку затвердіння і являє собою механічну суміш двох металів або фаз, рівномірно розподілених між собою.

Як же тверднуть і яка будова мають інші сплави даної системи? видно, що всі вони мають по дві критичні точки: нижню, що лежить на одній горизонталі з-евтектичною точкою о, і, отже, відповідає одній і тій же температурі, і верхню, розташовану для різних сплавів при різних температурах тим вище, чим більше сплав відрізняється за складом від евтектичного.

Як ми вже знаємо, ця верхня критична точка відповідає початку затвердіння сплаву, нижня - кінця його, т. Е. Затвердіння відбувається в деякому інтервалі температур. Як показали дослідження, в цьому інтервалі відбувається затвердіння одного з чистих металів - компонентів; причому, якщо сплав містить сурми менше 13% (точка о), то з рідкого розчину в зазначеному інтервалі спершу твердне чистий свинець.

Якщо ж сплав по складу містить більше 13% Sb, то з рідкого виділяється спочатку в якості твердої фази чиста сурма. Наприклад, якщо взяти сплав з 40% Sb. то при його охолодженні в точці d почнеться виділення з рідини чистої твердої сурми, яка буде кристалізуватися, як кожен чистий метал, відомим способом, але з тією лише відмінністю, це кристалізація відбуватиметься не при одній температурі, а в інтервалі від точки а. до п.

Це не впливає на форму утворюються кристалів сурми, і вони виходять також спочатку у вигляді осей - дендритів - і могли б також розвиватися в повні зерна, якби цей розвиток не переривалося освітою ектектікі, коли сплав охолоне до точки п. У цей момент та частина сплаву, яка ще залишається рідкою (понад твердіє сурми), відразу вся переходить в рівномірну евтектичну суміш, яку ми тільки що розглянули. Отже, початкове затвердіння сурми припиняється на те, що утворюється евтектика, яка і розташовується навколо дендритів сурми.

Таким чином даний твердий сплав з 40% Sb повинен бути побудований з двох структурних складових: з кристалів чистої сурми, що виділяється в проміжку температур від d до п, і з евтектичною суміші, твердіє при постійній температурі в точці п. Будова евтектики нам вже знайоме. Будова ж надлишкової сурми має представляти однорідні виділення одного кольору з тими частинками сурми, які спостерігаються в евтектиці, але тільки більших розмірів.

Розглядаючи структуру цього сплаву під мікроскопом, ми бачимо ці виділення надлишкової сурми в вигляді великих світлих ділянок. Між ними розташована евтектика з її характерною строкатою картиною рівномірно чергуються світлих і темних ділянок сурми і свинцю. З фігури видно, що строкатих евтектичних ділянок в цьому сплаві дещо більше, ніж дендритів чистої сурми.

Зрозуміло, що при іншому складі сплаву кількість евтектичних ділянок буде інше, причому евтектики має бути тим більше, чим взятий, сплав по складу ближче до евтектичних (18% Sb), і навпаки. Наприклад, в сплаві з 80% Sb евтектичних ділянок повинно бути набагато менше, ніж в сплаві з 40% Sb, так як він більш віддалений від евтектичного за складом.

І дійсно, якщо ми подивимося на його структуру (фіг. 50), то зауважимо, що строкатих (темних) евтектичних ділянок в ньому зовсім небагато, і велика частина зайнята світлої чистої сурмою, яка виділялася з рідкого металу в інтервалі температур е - р.

Цей чистий метал, який виділяється в сплавах в першу чергу, до освіти евтектики, прийнято називати і з б и т о ч-н и м, так як він знаходиться в сплаві як би в надлишку понад утворюється в ньому евтектики.

Надлишкова сурма і евтектика складають всю структуру сплаву, чому їх і називають структурними складовими або структурними елементами сплаву.

Евтектика як структурний елемент має зустрічатися у всіх сплавах нашої діаграми. Надлишкова ж сурма може зустрічатися лише в сплавах, розташованих за евтектичним складом (правіше евтектичною точки о). Такі сплави називаються тому заевтектичних.

Сплави ж, розташовані по діаграмі до евтектичного складу (лівіше евтектичною точки), називають доевтектичний. Щодо їх затвердіння і одержуваної структури можна сказати те ж, що і щодо заевтектичних сплавів, тільки беручи до уваги, що в них знаходиться в надлишку вже не сурма, а свинець.

Отже, в них затвердіння почнеться у верхній критичній точці виділенням з рідкого сплаву чистого твердого свинцю, яке триватиме у всьому інтервалі температур від верхньої критичної точки до нижньої. В останній залишилася рідка фаза збагатиться сурмою до евтектичного складу і застигне відразу в евтектичну суміш.

У цих сплавах структура повинна складатися, крім евтектики, поряд з відомими вже строкатими ділянками евтектики, помітні великі округлі виділення чорного кольору, які і являють собою надлишковий свинець.

Форма цих виділень мало нагадує прямолінійні незграбні контури кристалічних тіл, однак вона досить часто зустрічається в металевих сплавах. Це перетину недоразвившихся кристалів - дендритів.

У сплаві з 5% Sb, більш віддаленому від евтектики, видно інше співвідношення між структурними складовими: евтектики менше, і більшу частину площі в структурі займають перетин дендритів надлишкового свинцю