» » Метастабильные промежуточные фазы
14.01.2016

В качестве примера метастабильной промежуточной фазы можно привести цементит в системе Fе—С, который образуется в сталях в промышленных условиях получения слитков и изделий. Для выделения стабильной фазы — графита — в углеродистых сталяx необходимо обеспечивать специальные условия с целью достижения устойчивого термодинамического равновесия.
Для образования цементита необходимо незначительное переохлаждение, поэтому при обычных скоростях охлаждения, сопровождающихся небольшим переохлаждением (≤ 20 °С), кинетически более выгодно выделение менее обогащенной углеродом мета-стабильной фазы — цементита.
Образующиеся при высокоскоростной кристаллизации метастабильные промежуточные фазы разделяют на две группы: фазы с ограниченной метастабильностью в некоторой температурно-концентрационной области и фазы, метастабильные во всей температурно-концентрационнjй области (новые метастабильные фазы).
Образование метастабильных фаз первой группы наблюдается в системах с инконгруэнтными соединениями. На рис. 4.7 приведена схема образования промежуточных фаз с ограниченной мета-стабильностью.
Метастабильные промежуточные фазы

На основе положения о непрерывности изменения свойств отдельных фаз при переходе через точку фазового равновесия рассматривают кривые метастабильного равновесия как непрерывное продолжение соответствующих линий стабильного равновесия. Таким образом, если при равновесной кристаллизации сплава С0 выделяется стабильная β-фаза, то при переохлаждении ниже температуры Т1 может образоваться метастабильная в этой температурно-концентрационной области γ-фаза, а при более высокой степени переохлаждения, соответствующей температуре Т2, — метастабильная в этой области δ-фаза. Следует отметить, что подавление кристаллизации стабильной β-фазы, например в сплаве С0', может происходить также в результате наличия в расплаве первичных кристаллов γ-фазы, выделившейся в температурном интервале Т0'-T1'.
Метастабильными фазами в ограниченной температурно-концентрационной области являются также инконгруэнтные соединения, полученные непосредственно при закалке расплава (рис. 4.8). Соединение АmВn может быть получено при высокоскоростной кристаллизации сплава состава, соответствующего АmВn, при следующих условиях: переохлаждение расплава (ΔТ) ниже температуры T1 (термодинамический критерий); скорость зарождения кристаллов соединения АmВn выше, чем стабильной β-фазы (кинетический критерий); скорость охлаждения в интервале температур T1—T2 достаточна для предотвращения распада метастабильной фазы АmВn на стабильные при этих температурах L+β (тепловой критерий).
Метастабильные промежуточные фазы

В качестве примера рассмотрим систему Ni—Аl с инконгруэнтно плавящимся при 1395 °С (температура перитектической реакции) интерметаллидным соединением Нi3Аl (рис. 4.9). При сравнительно малых скоростях охлаждения ≤ 10в3 К/с кристаллизация сплава состава С0 начинается с выпадения кристаллов β'-фазы (№А1), рост которых в виде дендритов сопровождается дендритной ликвацией с обогащением алюминием межосных участков.
Метастабильные промежуточные фазы

При скорости охлаждения ≥ 10в4 К/с выделение первичных кристаллов β'-фазы подавляется и кристаллизуется из расплава инконгруэнтное соединение Ni3Al (α' — фаза), что сопровождается переходом от дендритной структуры к гомогенной структуре кристаллов Ni3Аl в слитке сплава Аl — 73 % ат. Ni, полученном заливкой расплава в клинообразный кокиль (рис. 4.10). В зависимости от сечения клиновидного слитка скорость охлаждения менялась от 10 (в толстом сечении) до 10в4 К/с (в тонком сечении).
Метастабильные промежуточные фазы

Фазы второй группы — новые метастабильные фазы, например карбиды никеля и кобальта Со3С, были получены при высокоскоростном затвердевании сплавов системы никель—углерод (Ni — 17 % ат. С), кобальт — углерод (Со — 14 % ат. С). Переохлаждение, необходимое для образования карбида никеля в системе Ni—С, более высокое, чем для карбида кобальта в системе Со—С: ~200 и ~120 °С соответственно, что свидетельствует о большей устойчивости карбида кобальта. Образование карбида Fе3С происходит при гораздо меньшем переохлаждении, что согласуется с большей устойчивостью цементита.