Особливості фазового складу квазіевтектик
Досліджено особливості фазового складу квазіевтектик при кристалізації рідини й аморфного стану. Розглянуто термодинамічні параметри систем і показано, що при квазіевтектичній кристалізації рідини фазовий склад квазіевтектики залежить від розчинності компонентів системи і ступеня переохолодження. Пр...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Дата: | 2006 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2006
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70231 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особливості фазового складу квазіевтектик / І.М. Спиридонова, О.Ю. Береза // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 2. — С. 85-92. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859590359646994432 |
|---|---|
| author | Спиридонова, І.М. Береза, О.Ю. |
| author_facet | Спиридонова, І.М. Береза, О.Ю. |
| citation_txt | Особливості фазового складу квазіевтектик / І.М. Спиридонова, О.Ю. Береза // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 2. — С. 85-92. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Досліджено особливості фазового складу квазіевтектик при кристалізації рідини й аморфного стану. Розглянуто термодинамічні параметри систем і показано, що при квазіевтектичній кристалізації рідини фазовий склад квазіевтектики залежить від розчинності компонентів системи і ступеня переохолодження. При квазіевтектичній кристалізації аморфного стану фазовий склад відповідає стабільному згідно з діаграмою фазової рівноваги. В обидвах випадках квазіевтектичної кристалізації суттєво змінюються властивості сплавів.
The peculiarities of the quasi-eutectic phase composition formed under crystallization of the liquid and amorphous state were studied. The thermodynamical parameters of the systems were considered and it was shown that the quasi-eutectic phase composition formed under quasi-eutectic crystallization from the liquid state depends on the solubility of the system components and on the degree of supercooling. The quasi-eutectic phase composition formed under the quasi-eutectic crystallization of the amorphous state conforms to the stability phase composition according to the phase diagrams. The quasieutectic crystallization changes the properties of the alloys in both cases.
|
| first_indexed | 2025-11-27T13:48:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 2
85
РАСS: 536.421
І.М. Спиридонова1, О.Ю. Береза2
ОСОБЛИВОСТІ ФАЗОВОГО СКЛАДУ КВАЗІЕВТЕКТИК
1Дніпропетровський національний університет
пров. Науковий, 13, м. Дніпропетровськ, 49050,Україна
2Днiпропетровський державний аграрний університет
вул. Ворошилова, 25, м. Дніпропетровськ, 49027,Україна
Стаття надійшла до редакції 27 грудня 2005 року
Досліджено особливості фазового складу квазіевтектик при кристалізації рідини й
аморфного стану. Розглянуто термодинамічні параметри систем і показано, що
при квазіевтектичній кристалізації рідини фазовий склад квазіевтектики зале-
жить від розчинності компонентів системи і ступеня переохолодження. При
квазіевтектичній кристалізації аморфного стану фазовий склад відповідає
стабільному згідно з діаграмою фазової рівноваги. В обидвах випадках
квазіевтектичної кристалізації суттєво змінюються властивості сплавів.
Прискорене охолодження сплавів призводить до виникнення ефектів, які
суттєво впливають на фазовий склад, структуру і властивості матеріалів [1],
тому всебічне дослідження цих ефектів має не тільки наукове, а й велике
прикладне значення. Одним з недостатньо досліджених ефектів затвердіння
сплавів в нерівноважних умовах є формування квазіевтектичних структур
[2]. Зміна характеру фазових перетворень при квазіевтектичній кристалізації
значно впливає на багато-які параметри сплавів, тому встановлення її особ-
ливостей і механізмів та вміння керувати нею дасть можливість розширити
клас природних композиційних матеріалів − евтектик.
В даній роботі при дослідженні квазіевтектичного перетворення
аналізували термодинамічні параметри відповідних діаграм стану, про-
водили мікроскопічний та фазовий аналіз сплавів й вимірювали мікро-
твердість.
З металознавської точки зору характерною особливістю процесу
квазіевтектичної кристалізації є подавлення виділення первинних кристалів
фаз в сплавах неевтектичного складу. Якщо ж звернутися до сутності фазо-
вих переходів, то можна відзначити наступне. При відхиленні складу сплаву
від евтектичної точки процес фазових перетворень складається з двох
послідовно здійснюваних переходів. Спочатку в рідині неевтектичного
складу виникають первинні кристали відповідної твердої фази, кількість
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 2
86
яких визначається діаграмою фазової рівноваги, в той час як залишкова
рідина поступово змінює свій склад, наближаючись до евтектичного. Це
відбувається в інтервалі температур нижче лінії ліквідус і до лінії трифазної
рівноваги: Lx → Lе + Ф1, де х – склад вихідної рідини. Другою стадією є саме
евтектична кристалізація: Lе → (Ф1 + Ф2)е.
При формуванні квазіевтектики відбувається тільки одне фазове перетво-
рення: L → (Ф1 + Ф2)qе. Таким чином, перше фазове перетворення подав-
ляється.
В той же час слід відзначити, що в евтектичних системах за умов, близь-
ких до рівноважних, процес кристалізації також може відбуватися в одну
стадію, однак це відповідає сплаву, склад якого описується евтектичною
точкою.
При утворенні квазіевтектичної структури під час кристалізаційного про-
цесу особливу зацікавленість викликає склад квазіевтектичних партнерів. В
цьому випадку відмінність складу рідини від евтектичної точки на
рівноважній діаграмі стану може призводити до двох імовірних ефектів: по-
перше, до зміни співвідношення між фазами, що беруть участь у перетво-
ренні, і, по-друге, до зміни складу й співвідношення між фазами.
Якщо звернутися до першого варіанту, то він реалізується за умов
відсутності розчинності елементів подвійної евтектичної системи.
На рис. 1 надано зміну термодинамічних потенціалів рідкої фази GL і
твердих компонентів А (GА) і В (GВ) при зниженні температури від Т1 до Т2
(а, б) й відповідна діаграма стану (в). При температурі Т1 (рис. 1,а), значно
вищій за температуру ліквідусу, мінімум вільної енергії відповідає рідкому
стану, який є стійким за даних умов при будь-якій концентрації. Подальше
зниження температури до Т2 призводить до того, що криві термодинамічних
потенціалів всіх фаз мають загальну дотичну й можливою є тільки трифазна
рівновага – саме за цієї температури і відбувається евтектична кристалізація
за реакцією: Ре → А + В. При цьому евтектична точка діаграми стану (рис.
1,в) відображає склад рідини, а співвідношення між компонентами А і В в
евтектиці показують відрізки eb і ае. Нижче температури Т2 стійкою є тільки
тверда евтектична структура.
При відхиленні складу рідини від евтектичного кристалізаційні процеси
відбуваються в два етапи. Спочатку виникають надлишкові первинні кри-
стали відповідних фаз – в доевтектичних сплавах кристали компонента А і в
заевтектичних сплавах кристали компонента В – і лише потім, коли рідина
набуде евтектичного складу, відбувається евтектична кристалізація рідини.
Таким чином, при утворенні структури сплавів евтектичних систем
співвідношення фаз завжди відповідає лінії евтектичної фазової реакції.
В разі квазіевтектичного перетворення картина змінюється (рис. 2). В
сплаві доевтектичного складу при температурі Т1, значно вищій температу-
ри ліквідусу системи, як і в попередньому випадку, стійкою є рідка фаза че-
рез мінімальне значення термодинамічного потенціалу (рис. 2,а). Але картина
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 2
87
Рис. 1. Термодинамічні потенціали фаз (а, б) і відповідна евтектична діаграма стану
(в) при відсутності розчинності в твердому стані
Рис. 2. Термодинамічні потенціали квазіевтектичних фаз (а, б, в) і відповідна
діаграма стану (г)
стає зовсім іншою при переохолодженні до Т2. На відміну від попереднього ви-
падку виділення надлишкових первинних кристалів компонента А не
відбувається. Наявність загальної дотичної (рис. 2,б) свідчить про те, що в да-
ному випадку єдиною є трифазна рівновага, а, як наслідок, відбувається розпад
рідкої фази за фазовою реакцією: Рqе → А + В. Таким чином, в доевтектичному
сплаві відбувається квазіевтектична кристалізація. Співвідношення фаз в квазі-
евтектиці не відповідає евтектичній точці діаграми стану через відхилення
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 2
88
складу вихідної рідини, і цю інформацію дає точка qe. При цьому кількість
компонента А показує відрізок b′qe, а кількість компонента В – відрізок а′qe
(рис. 2,г). Аналогічна ситуація відбувається і в сплавах заевтектичного складу
(рис. 2,в) з тією лише відмінністю, що кількісне співвідношення між компонен-
тами А і В в квазіевтектиці змінюється на користь компонента В у відповідності
до зміни складу рідкої фази (її склад відповідає точці q′e′): кількість компонен-
та А показує відрізок b′q′e′, а кількість компонента В – відрізок а′q′e′ (рис. 2,г).
Таким чином, при відсутності розчинності компонентів евтектичної сис-
теми при квазіевтектичній кристалізації, на відміну від евтектичної, може
змінюватись кількісне співвідношення між компонентами системи.
Рис. 3. Термодинамічні потенціали евтектичних фаз (а, б) та відповідна діаграма
стану (в) при наявності розчинності в твердому стані
Рис. 4. Термодинамічні потенціали квазіевтектичних фаз (а, б, в) і відповідна
діаграма стану (г) при наявності розчинності в твердому стані
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 2
89
В тому випадку, коли евтектичними партнерами є тверді розчини α і β
(відповідно до діаграми стану, наведеної на рис. 3,в), за звичайних умов
охолодження евтектична кристалізація рідини складу точки e відбувається за
фазовою реакцією Ре → α + β. Як і при розгляді рис. 1, в цьому випадку ев-
тектична лінія діаграми стану показує співвідношення між твердими розчи-
нами α і β в структурі евтектики.
Відхилення складу рідини від евтек-
тичного також призводить до дво-
стадійності кристалізаційного проце-
су, характер якого аналогічний до
розглянутого вище у відповідності до
рис. 1, але компонентами виступають
тверді розчини α і β.
Аналіз фазового складу квазіевтектик
в сплавах подвійної системи евтек-
тичного типу з наявністю розчинності
в твердому стані (рис. 4) показує, що
при певних переохолодженнях в спла-
вах цієї системи так само, як і у ви-
падку, розглянутому на рис. 2, можна
чекати формування квазіевтектик ши-
рокого діапазону складів. Відмінність
становить склад твердих розчинів, що
утворюють квазіевтектику. З враху-
ванням можливості виникнення пере-
сичених твердих розчинів при приско-
ренні швидкості охолодження й пев-
них переохолодженнях і відповідно
зміні положення ліній розчинності
(рис. 4,г) можна прогнозувати різний
хімічний склад твердих розчинів. Від-
повідно до рис. 4,г ступінь пересичен-
ня твердого розчину α коливається в
межах відрізка а′a′′, а твердого розчи-
ну β − відповідно відрізка b′b′′.
Таким чином, наявність розчинності
компонентів евтектичних діаграм в
твердому стані значно розширює варі-
антність фазового складу квазіевтек-
тик, що утворюються: можливою стає
не тільки зміна співвідношення квазі-
евтектичних партнерів, а і зміна скла-
ду кожного з них.
Рис. 5. Вплив переохолодження на
термодинамічні потенціали і склад
квазіевтектичних фаз (а−г) і відповід-
на діаграма стану (д)
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 2
90
Аналіз впливу ступеня переохолод-
ження на фазовий склад квазіевтектичних
структур (рис. 5) свідчить про те, що зро-
стання його ступеня додатково розширює
вірогідність утворення квазіевтектик як з
різними співвідношеннями фаз, так і зі
зміною складу кожної з них.
Додатково треба відзначити, що різниця
в температурах плавлення компонентів
має суттєвий вплив на розташування об-
ласті квазіевтектичності. Наявність більш
тугоплавкого елемента і його більший
ступінь переохолодження при квазіевтек-
тичному перетворенні в умовах не-
стаціонарних процесів в більшій мірі
розширюють область квазіевтектики в бік
тугоплавкого елемента (рис. 5,д).
Квазіевтектична кристалізація рідини
має суттєвий вплив на властивості
сплавів. Наприклад, виникнення квазіев-
тектик в доевтектичних сплавах Al−Ge
[1] призводить до стрибкоподібного зро-
стання твердості в 1.5 рази (рис. 6).
При другому варіанті квазіевтектичної
кристалізації, коли вихідною фазою є
аморфний стан (АС) сплаву [3], перетворен-
ня відбувається при нагріванні, і фазову ре-
акцію можна записати як: АС → (Ф1 + Ф2)qe.
На рис. 7 наведено термодинамічні по-
тенціали зазначених фаз в залежності від
температури. При температурі T1 нижче
температури кристалізації Tcr (T1 < Tcr)
мінімальне значення термодинамічного
потенціалу відповідає аморфному стану –
GAC (рис. 7,а), який є стійким при зро-
станні температури до Tcr (зона І на рис.
7,г). При температурі кристалізації по-
тенціали фаз змінюються: на рис. 7,б вони
мають загальну дотичну, внаслідок чого
протягом певного часу (зона ІІ на рис. 7,г)
відбувається твердофазна квазіевтектична
кристалізація за реакцією АС → (Ф1 + Ф2)qe,
по закінченні якої при подальшому зро-
Рис. 6. Вплив квазіевтектичної (II)
кристалізації на властивості доев-
тектичного (I) сплаву
Рис. 7. Термодинамічні потенціали
фаз в залежності від температури
(а−в), схема термограми нагрівання
аморфного стану (г) і зміна вла-
стивостей сплаву (д)
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 2
91
станні температури T2 > Tcr стійкими є тільки кристалічні фази Ф1 + Ф2 (зона
ІІІ на рис. 7,г), які характеризуються меншими значеннями термодинамічних
потенціалів. Відзначений твердофазний перехід супроводжується зміною
властивостей сплаву, твердість якого в кристалічному стані значно
підвищується (рис. 7,д).
Як висновок, треба відзначити, що, по-перше, і розчинність компонентів,
і ступінь переохолодження розплаву значно впливають на процеси утворен-
ня квазіевтектик. Пропонується вважати величину переохолодження додат-
ковим критерієм квазіевтектичності, яку треба враховувати при визначенні
умов виникнення квазіевтектичних структур, що утворюються при розпаді
рідкої фази, при розгляді комплексного підходу, розробленого раніше [2].
По-друге, у випадку квазіевтектичної кристалізації внаслідок особливостей
фазового складу і структури сплаву значно змінюються його властивості.
1. Т.П. Шмырева, Е.Ю. Береза, Быстроохлажденные эвтектические сплавы, Нау-
кова думка, Киев (1990).
2. Е.Ю. Береза, Вісн. Дніпропетровського ун-ту. Фізика. Радіоелектроніка № 8, 53
(2002).
3. І.М. Спиридонова, О.Ю. Береза, О.П. Ващенко, Металлофиз. новейшие технол.
27, 447 (2005).
I.M. Spiridonova, E.Yu. Bereza
THE PECULIARITIES OF THE QUASI-EUTECTIC PHASE
COMPOSITION
The peculiarities of the quasi-eutectic phase composition formed under crystallization of
the liquid and amorphous state were studied. The thermodynamical parameters of the
systems were considered and it was shown that the quasi-eutectic phase composition
formed under quasi-eutectic crystallization from the liquid state depends on the solubility
of the system components and on the degree of supercooling. The quasi-eutectic phase
composition formed under the quasi-eutectic crystallization of the amorphous state con-
forms to the stability phase composition according to the phase diagrams. The quasi-
eutectic crystallization changes the properties of the alloys in both cases.
Fig. 1. Free-energy curves for phases (а, б) and phase diagram (в) in the case of insolu-
bility in solid state
Fig. 2. Free-energy curves for the quasi-eutectic phases (а, б, в) and phase diagram (г)
Fig. 3. Free-energy curves for eutectic phases (а, б) and phase diagram (в) in the case of
solubility in solid state
Fig. 4. Free-energy curves for the quasi-eutectic phases (а, б, в) and phase diagram (г) in
the case of solubility in solid state
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 2
92
Fig. 5. The influence of the undercooling on the free-energy curves and composition of
phases (а−г) and the corresponding phase diagram (д)
Fig. 6. The influence of the quasi-eutectic (II) crystallization on the hypoeutectic (I) alloy
properties
Fig. 7. Free-energy curves for phases depending on temperature (a−в), the scheme of
heating thermogram of amorphous state (г) and alloy properties (д)
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70231 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-27T13:48:20Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Спиридонова, І.М. Береза, О.Ю. 2014-10-31T17:29:35Z 2014-10-31T17:29:35Z 2006 Особливості фазового складу квазіевтектик / І.М. Спиридонова, О.Ю. Береза // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 2. — С. 85-92. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0868-5924 РАСS: 536.421 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70231 Досліджено особливості фазового складу квазіевтектик при кристалізації рідини й аморфного стану. Розглянуто термодинамічні параметри систем і показано, що при квазіевтектичній кристалізації рідини фазовий склад квазіевтектики залежить від розчинності компонентів системи і ступеня переохолодження. При квазіевтектичній кристалізації аморфного стану фазовий склад відповідає стабільному згідно з діаграмою фазової рівноваги. В обидвах випадках квазіевтектичної кристалізації суттєво змінюються властивості сплавів. The peculiarities of the quasi-eutectic phase composition formed under crystallization of the liquid and amorphous state were studied. The thermodynamical parameters of the systems were considered and it was shown that the quasi-eutectic phase composition formed under quasi-eutectic crystallization from the liquid state depends on the solubility of the system components and on the degree of supercooling. The quasi-eutectic phase composition formed under the quasi-eutectic crystallization of the amorphous state conforms to the stability phase composition according to the phase diagrams. The quasieutectic crystallization changes the properties of the alloys in both cases. uk Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Особливості фазового складу квазіевтектик Особливості фазового складу квазіевтектик The peculiarities of the quasi-eutectic phase composition Article published earlier |
| spellingShingle | Особливості фазового складу квазіевтектик Спиридонова, І.М. Береза, О.Ю. |
| title | Особливості фазового складу квазіевтектик |
| title_alt | Особливості фазового складу квазіевтектик The peculiarities of the quasi-eutectic phase composition |
| title_full | Особливості фазового складу квазіевтектик |
| title_fullStr | Особливості фазового складу квазіевтектик |
| title_full_unstemmed | Особливості фазового складу квазіевтектик |
| title_short | Особливості фазового складу квазіевтектик |
| title_sort | особливості фазового складу квазіевтектик |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70231 |
| work_keys_str_mv | AT spiridonovaím osoblivostífazovogoskladukvazíevtektik AT berezaoû osoblivostífazovogoskladukvazíevtektik AT spiridonovaím thepeculiaritiesofthequasieutecticphasecomposition AT berezaoû thepeculiaritiesofthequasieutecticphasecomposition |