Особенности равновесной и неравновесной кристаллизации сплавов

Особенности равновесной и неравновесной кристаллизации сплавовИзменяя скорость охлаждения сплавов в процессе кристаллизации, можно вызывать разную степень неоднородности в них как по химическому составу, так и по распределению фаз. Известно, что в некоторых сплавах, образующих в условиях равновесной кристаллизации непрерывный ряд твердых растворов например, в сплавах Bi-Sb, при быстрой кристаллизации возникает двухфазная структура. В эвтектических системах с ограниченной растворимостью элементов в процессе быстрой кристаллизации двухфазная структура образуется в тех случаях, когда при равновесной кристаллизации должен быть только твердый раствор. Эти же авторы показали, что при быстром охлаждении из жидкого состояния 10-15 г сплавов Al-Mg концентрация магния в зерне распределена более неравномерно, чем при очень медленном охлаждении. Они обнаружили это по изменению микротвердости; в центре зерна твердость меньше, чем на периферии.

При том предполагалось, что отдельные слои твердой фазы при охлаждении образовались с концентрацией магния соответственно Диаграмме состояния. На основании этих данных в работе был сделан вывод, что вначале затвердевал сплав с малой концентрацией магния, а затем на него постепенно наслаивались слои с большей его концентрацией. Неоднородность концентрации магния в зерне фиксировалась благодаря торможению диффузии в твердом состоянии, в результате чего не успевало происходить выравнивание состава.

Приведенная выше схема неравновесной кристаллизации является одной из возможных. При достаточно быстром охлаждении ряда сплавов кинетика образования твердой фазы при охлаждении жидкости и изменение концентрации легирующего элемента в ней могут происходить не в соответствии с диаграммой состояния, не по кривой солидуса, а по какой-то кривой, расположенной между кривой солидуса и ликвидуса.

Подобное отклонение было обнаружено, например, при кристаллизации некоторых медных сплавов.