Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Равновесные диаграммы состояний сплавов отражают равновесие термодинамически стабильных фаз. При образовании метастабильных фаз могут быть построены диаграммы состояний, учитывающие метастабильное равновесие этих фаз.
Применение высоких скоростей охлаждения при затвердевании сплавов приводит к существенному отклонению от условий, характерных для равновесных диаграмм состояний сплавов, и сопровождается формированием неравновесных и метастабильных фазовых и структурных состояний, определяемых следующими признаками:
• увеличением растворимости в граничных твердых растворах (аномально пересыщенные растворы);
• образованием метастабильных фаз;
• снижением или подавлением микросегрегаций;
• повышением дисперсности и модификацией структуры;
• высокой концентрацией точечных дефектов;
• получением аморфного состояния.
Диаграммы метастабильного равновесия определяют термодинамическую возможность образования метастабильных фаз и структурных составляющих в той или иной температурно-концентрационной области. Положение линий метастабильного равновесия позволяет оценить движущие силы образования и роста метастабильных фаз.
В обычных условиях кристаллизации металлических расплавов метастабильные фазы встречаются сравнительно редко, хотя углеродистые стали, являющиеся наиболее распространенными сплавами системы Fе—С, почти всегда содержат метастабильную фазу Fе3С (цементит). Диаграмма состояний системы железо — углерод имеет две системы линий, характеризующие стабильное (железо — графит) и метастабильное (железо — цементит) равновесие.
При этом устойчивость метастабильного структурно-фазового состояния конструкционных сплавов на основе железа — сталей, содержащих цементит, например в виде эвтектоидных структур (сорбита, тростита), продуктов мартенситного превращения, — обеспечивает их весьма высокие эксплуатационные свойства.
При рассмотрении диаграмм метастабильного равновесия конкретных систем следует отметить характерную особенность, состоящую в том, что линии стабильного равновесия имеют непрерывное продолжение в метастабильную область. Это соответствует принципу непрерывности Н.С. Курникова, согласно которому свойства отдельных фаз при переходе через точку фазового равновесия изменяются непрерывно. При рассмотрении расплавов это означает, что свойства жидкости выше и ниже точки плавления определяются одной непрерывной функциональной зависимостью. В связи с этим кривые метастабильного равновесия образующихся в системе фаз должны быть плавным продолжением соответствующих кривых стабильного равновесия.
Для построения диаграмм метастабильного равновесия имеют важное значение определение температуры плавления метастабильных фаз, а также оценка уровня их метастабильности, которая характеризуется разностью между свободными энергиями образования мета стабильной фазы и смеси стабильных фаз того же состава.
Концентрационная граница появления избыточных структурных составляющих, распределение легирующих элементов по объему кристаллов твердого раствора, их количество зависят от скорости кристаллизации и степени перегрева расплава.