IMG 0 091 (2)

4. Interpretacja wykresów układów równowagi

—*«

Z tego powodu krzepnięcie stopów w warunkach nierównowagowych odznacza j dwiema cechami: segregacją dendrytyczną i przesyceniem roztworów stałych.

Odstępstwa od stanu równowagi w konkretnych układach faz stopowych. _n Cu-Sn, nawet przy małych szybkościach chłodzenia, mogą być różne z powodu rój nych szybkości dyfuzji. Tak na przykład wyjątkowo mała szybkość dyfuzji Sn w q oraz duża rozpiętość temperatur likwidusu i solidusu (rys. 4.35) są powodem znacznyę) trudności uzyskania mikrostruktury równowagi brązów cynowych: w stopie o wartości np. 12% Sn zamiast eutektoidu a + e (struktura równowagi) otrzymuje sj{ przeważnie eutektoid a + 8. a w stopie o zawartości np. 6% Sn zamiast eutektoidu a + e (struktura równowagi) otrzymuje się zwykle roztwór stały a. W obu przypadł kach osiągnięcie mikrostruktury równowagi wymaga bardzo długotrwałego ujedno rodniania.

Najważniejsze zagadnienia krzepnięcia w warunkch odbiegających od stanu równowagi zostaną przedstawione dla uproszczenia na przykładzie stopów podwójnych.

W technicznych warunkach krzepnięcia roztworu stałego metali A i B, w przypadku współczynnika rozdziału k₀ < 1, tzn. „przenoszenia” niżej topliwego składnika B przed frontem krystalizacji do roztworu ciekłego, krzepnięcie, pomijając minimalne przechłodzenie, rozpoczyna się w temperaturze likwidusu T, (rys. 4.36).

Wydziela się ziarno o średnim składzie c,, a wzbogacony w metal B pozostały roztwór ciekły krystalizuje w niższej temperaturze Tj, w której wydziela się ziarno o średnim składzie c₂ itd. Przy założeniu, że liczby ziarn o składach c, i c₂ są jednakowe, ich średni skład jest c_ir Analogicznie w miarę postępu krzepnięcia można wyznaczać średnie stężenia utworzonych ziarn. Miejscem geometrycznym punktów przedstawiających te stężenia jest linia „nierównowagowego solidusu" (linia przerywana na rys. 4.36).

Rys. 4.36. Krzepnięcie roztworu stałego w warunkach nierównowagowych W.

Krzepnięcie stopu nie kończy się w temperaturze solidusu T₃, ponieważ średni : skład ziarn wydzielonych w tej temperaturze jest odmienny od składu równowagowego c₀ i pozostaje jeszcze pewna ilość roztworu ciekłego. Krzepnięcie stopu kończy . się dopiero w temperaturze T₄, w której średni skład ziarn odpowiada składowi ^równowagowemu c₀.

Jak z przytoczonych rozważań wynika, szybkie chłodzenie obniża temperaturę solidusu. Nie jest to jednak objaw przechłodzenia, lecz obniżenia temperatury Okrzepnięcia roztworu stałego przez wzbogacenie go w składnik niżej topliwy B. Zbyt mało efektywna dyfuzja powoduje opisaną już segregację dendrytyczną odlewu, ^pogarszającą właściwości mechaniczne. Skutki segregacji można ograniczyć lub /zmniejszyć, poddając odlew obróbce cieplnej - ujednorodnieniu. Zabieg polega na ^wygrzewaniu odlewu w temperaturze umożliwiającej efektywną dyfuzję w stanie ^stałym (50 - 150°C poniżej temperatury solidusu). Ujednorodnieniu sprzyja dodatkowo drobnoziarnista mikrostruktura odlewu, przez skrócenie drogi dyfuzji.

Krzepnięcie w technicznych warunkach odbiegających od stanu równowagi wywiera istotny wpływ na przemianę wydzielania z roztworu stałego składnika .przesycającego.

Jak wiadomo, w warunkach równowagi roztwór stały oc o stężeniu c₀ w temperaturze T„ staje się nasycony (rys. 4.37). Na skutek zmniejszania się w nim rozpuszczalności składnika B od c₂ w temperaturze eutektycznej do c, w temperaturze