Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Последние исследования системы марганец—никель принадлежат Кестеру и Раушеру; равновесная диаграмма приведена на рис. 88. Более ранние работы выполнены Дурдином, Кайа и Куссманом, а также Валентинером и Беккером. Поль и Бирд измерили температуры плавления сплавов этой системы. Они полагали, что имеет место эвтектическая горизонталь между 35 и 48% (вес.) Ni, однако это не было подтверждено исследованиями Кестера и Раушера, которые считают, что линия солидуса имеет плоский минимум при 60% Mn. Сразу же за солидусом имеется непрерывный ряд твердых растворов между никелем и γ-марганцем; строение сплавов при комнатной температуре следующее: при 0—70% Mn — гранецентрированная кубическая решетка, при 70—100% Mn — гранецентрированная тетрагональная. Отношение осей в этом последнем случае плавно уменьшается при увеличении содержания марганца от единицы до значения, присущего γ-модификации марганца (0,935). Эти выводы напоминают те, которые были сделаны для сплавов систем Mn—Cu и Mn—Co.
Добавление никеля к марганцу снижает температуру α⇔β- и β⇔γ-превращений, причем температура последнего снижается до комнатной при содержании ~ 22% Ni. Температура γ⇔δ-превращения марганца повышается при введении никеля, и в интервале 2—3% Ni область 8-фазы замыкается перитектической реакцией между расплавом и δ- и γ-фазами.
Область γ-твердого раствора разделяется на двухфазные области, содержащие упорядоченные интерметаллические соединения NiMn и Ni3Mn.
Одна из фаз в этой области диаграммы обозначена δ-фазой, она устойчива до 1000° и имеет область гомогенности от 48 до 53% Mn; образуется из γ-фазы по реакции мартенситного типа и имеет искаженную гранецентрированную кубическую решетку, параметр которой меньше, чем параметр решетки γ-фазы, из которой она образуется. При более низких температурах δ-фаза; превращается в δ'-фазу, имеющую гранецентрированную тетрагональную упорядоченную структуру, δ⇔δ'-превращение обладает заметным температурным гистерезисом. По данным Дина, образование структуры NiMn связано с заметным упрочнением. Твердость сплавов вблизи эквивалентного состава намного выше после медленного охлаждения, чем после закалки с высокой температуры.
Образование NiMn и Ni3Mn приводит к заметным изменениям физических свойств сплавов. Эти изменения могут быть использованы для исследования превращений и индентификации фаз. Оба соединения являются упорядоченными, и их образование связано с уменьшением электрического сопротивления; на рис. 89 показано изменение электросопротивления в зависимости от состава после: а) закалки от температуры линии солидуса; б) отжига при 400—430°. В закаленном состоянии (когда образуется γ-фаза) сопротивление при увеличении содержания марганца плавно изменяется; максимальное значение электросопротивления, равное 275*10в-6 ом*см, наблюдается при 55% (вес.) Mn. При отжиге кривая обнаруживает два явных минимума. при 25% и немного выше 50% Mn. Минимумы соответствуют образованию Ni3Mn и NiMn и указывают на упорядоченную структуру этих соединений. Подробное изучение изменения электросопротивления упорядоченного соединения NiMn проведено Сато.
Образование соединения Ni3Mn связано также с заметным изменением магнитных свойств. На рис. 90 (по Кайа и Куссману) показано изменение интенсивности магнитного насыщения в зависимости от содержания марганца в интервале 0—40% Mn после: а) закалки с 900° (выдержка 1 час); б) охлаждения со скоростью 50° С/час с 900° (выдержка 1 час); в) отжига в течение трех дней при 430° после обработки, указанной в пункте б.
В закаленном состоянии ферромагнитные свойства вначале увеличиваются, а затем уменьшаются при добавлении марганца; ферромагнетизм исчезает полностью при 26% Mn. Образование соединения Ni3Mn, которое является магнитным, связано с появлением «горба» на кривой «магнитное насыщение — состав» при 25% Mn; с ростом упорядочения решетки, вызванного отжигом при 430°, наблюдается увеличение интенсивности магнитного насыщения до значения, превышающего это последнее для никеля.
Аналогичные результаты были опубликованы Писи и Морганом, которые обнаружили, что степень упорядочения Ni3Mn, подсчитанная по данным магнитных измерений (насыщения), соответствовала тем значениям, которые были подсчитаны по данным рентгеноструктурного анализа [по отношению интегральной интенсивности линии (HO), которая является линией сверхструктуры, к интенсивности линии решетки (111)].
Писи и Морган пришли к выводу, что наблюдающаяся зависимость между интенсивностью насыщения и составом сплавов в разупорядоченном состоянии хорошо объясняется наличием ближнего порядка. Они установили значение эффективного магнитного момента атомов марганца в решетке никеля равным 3,4 магнетонов Бора на атом.
Аналогично изменениям электрического сопротивления и магнитных свойств Кестер и Раушер обнаружили аномальные изменения модуля упругости, которые также могут быть связаны с упорядочением фаз NiMn и Ni3Mn.