Неравновесная кристаллизация сплавов

В сплаве X после некоторого переохлаждения расплава образуются кристаллы твердого раствора состава точки а. Эти кристаллы растут при охлаждении сплава в интервале кристаллизации.

Состав последовательно кристаллизующихся слоев при любой температуре определяется соответствующей точкой на кривой равновесного солидуса, например точкой а при t1 и точкой b при t2. Следовательно, с понижением температуры образуются слои кристалла, все более богатые компонентом, понижающим точку ликвидуса.

В равновесных условиях при любой температуре в интервале кристаллизации точка на линии солидуса определяет химический состав по всему объему твердого раствора, а не только в поверхностном слое кристаллов.

Например, при температуре t2 кристаллы твердого раствора должны иметь состав точки b по всему объему. Для этого прежде всего необходима выравнивающая диффузия между ранее и позднее образовавшимися слоями кристалла. Но одной такой диффузии недостаточно, чтобы привести твердую фазу в равновесное состояние.

Например, кристалл, сердцевина и поверхность которого ранее имели составы точек а и 6, по окончании выравнивающей диффузии при температуре будет иметь промежуточный состав, лежащий левее точки b.


Изменение среднего состава твердого раствора

Изменение среднего состава твердого раствора

Изменение среднего состава твердого раствора при неравновесной
кристаллизации (кривая a s).


Кроме выравнивающей диффузии, внутри твердой фазы, необходимо межфазовое взаимодействие расплава и кристаллов, которое приводит к дополнительному обогащению твердого раствора компонентом b из расплава так, чтобы состав по всему объему твердой фазы соответствовал точке b на линии солидуса.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Недостаток отжига с нагреванием выше температуры неравновесного солидуса

Основной недостаток отжига с нагреванием выше температуры неравновесного солидуса — значительно более быстрое развитие пористости. К причинам, вызывающим развитие пористости при обычном отжиге, здесь можно добавить еще и следующую (по Е. Д. Захарову). Твердый раствор на базе алюминия при быстрой кристаллизации слитка пересыщается водородом. Зависимость объемной доли Зависимость объемной доли пор V от продолжительности τ…

Гомогенизация с нагревом выше температуры неравновесного солидуса

В некоторых случаях степень гомогенизации, проводимой при температурах вблизи неравновесного солидуса, но ниже его, может оказаться недостаточной. Необходимая полнота гомогенизации при этом или вообще не достигается, или достигается при таких длительных выдержках, которые неприемлемы в производстве. Кроме того, всегда желательно сокращение времени гомогенизации. Поэтому весьма заманчива возможность проведения гомогенизационного отжига при температурах выше неравновесного солидуса….

Сильный пережог изделий тонкого сечения из стали, меди и медных сплавов

Хорошо известен также сильный пережог изделий тонкого сечения из стали, меди и медных сплавов при чрезмерно высокой температуре или большой выдержке в окислительной атмосфере. Такой пережог вызван проникновением кислорода по границам зерен насквозь через все сечение изделия и образованием окислов на межзеренных границах: показатели пластичности при этом могут упасть до нуля. В совершенно иных условиях…

Процессы гомогенизации при отжиге с нагреванием выше точки неравновесного солидуса

Процессы гомогенизации при отжиге с нагреванием выше точки неравновесного солидуса идут гораздо быстрее, чем при обычном отжиге ниже солидуса. Например, у дуралюмина Д16 температура неравновесного солидуса равна примерно 508 °С, а равновесного — около 530 °С (при разных составах в пределах допусков для одной марки сплава значения температуры солидуса могут несколько различаться). Время растворения неравновесного…

Литые сплавы

Главное изменение свойств при гомогенизационном отжиге — повышение пластичности литого сплава. При выборе режима отжига слитка показатели пластичности следует измерять не при комнатной температуре, а при температуре первой операции горячей обработки давлением. Если, например, слитки сплава Д16 предназначены для прессования, то показатели пластичности следует определять при температуре прессования, равной 400 °С. Механические свойства фасонной отливки…