Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Система марганец—цинк в интервале 0—50% Mn изучалась Шраммом, а сплавы, богатые марганцем, исследовались Поттером и Хюбером; оба эти исследования дополняют друг друга. Диаграмма равновесия, предложенная Поттером и Хюбером, приведена на рис. 102. Фазовые границы, предложенные этими авторами, показаны толстыми сплошными линиями, а данные Шрамма — тонкими сплошными линиями.
Для того чтобы избежать трудностей при приготовлении сплавов, связанных с летучестью цинка, Поттер и Хюбер прибегли к методу порошковой металлургии и спекали образцы в вакууме при 1000° в кварцевых трубках. Применяли рентгеноструктурный и термический методы анализа.
Система содержит несколько фаз в интервале 0—80% (вес.) Zn.
Альфа-твердый раствор на базе марганца устойчив ниже 705°. Растворимость цинка в марганце составляет около 2% (вес.); при этом параметр решетки α-марганца увеличивается от 8,894 до 8,913 А.
Бэта-твердый раствор на базе марганца простирается до ~20% (вес.) Zn. Он существует в интервале 705 и 1100° по ординате марганца, но при введении цинка эти температуры снижаются. Так, при 20% (вес.) Zn верхняя температурная граница снижается до 554°. Параметр решетки увеличивается от 6,300 А для чистого марганца, до 6,433 А для 20% Zn.
Гамма-твeрдый раствор на базе марганца простирается до 40% (вес.) Zn. Он распадается по эвтектоидной реакции при 554° с образованием β-марганца и ε-фазы, описываемой ниже. Эвтектоидный состав отвечает 39% (вес.) Zn. Изменение строения γ-фазы при введении цинка аналогично тому, какое наблюдается в Cu-Mn сплавах: имеет место переход от гранецентрированной тетрагональной решетки к гранецентрированной кубической. Большая интенсивность этих изменений иллюстрируется рис. 103, где приведена зависимость отношения осей от содержания цинка.
Перестройка решеток полностью заканчивается при 23% (вес.) Zn. γ-марганец имеет параметр решетки 3,774 А и отношение осей 0,938 (атомный объем 12,60 А3); γ-фаза (твердый раствор) при 23% (вес.) Zn также имеет параметр 3,774 А при отношении осей 1,0 (атомный объем 13,4 А3).
Дельта-твердый раствор на базе марганца не был обнаружен использованными в цитированных работах экспериментальными методами; однако он приведен на диаграмме Поттера и Хюбера как результат перитектического распада γ-марганца, а также установлена его температура плавления — около 1138°.
Альфа-фаза имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром 3,849 А.
Бэта-фаза существует в интервале 38—47% (вес.) Zn; поскольку область гомогенности невелика, ее границы точно не установлены. Образуется по перитектической реакции из γ-марганца и расплава при 1000°, причем эта температура не является точно установленной. Верхняя граница по содержанию цинка для гомогенной области проходит при 51% (вес.) — по Шрамму или 47,5% (вес.) — по Поттеру и Хюберу. Распадается по эвтектоидной реакции при 650° на γ-марганец и ε-фазу. Эвтектоидный состав при ~44% (вес.) Zn. Имеет объемноцентрированную кубическую решетку с параметром 3,054 А; это значение приводится как в работе Шрамма, так и в работе Поттера и Хюбера.
Эпсилон-фаза простирается от 46 до 96% (вес.) Zn, Имеет плотноупакованную гексагональную решетку с двумя атомами на элементарную ячейку; параметр уменьшается от 2,757 А при 84% (вес.) Zn до 2,726 А при 50% (вес.) Zn, а отношение осей увеличивается от 1,609 при 84% (вес.) Zn до 1,631 при 50% (вес.) Zn. Образуется по перитектической реакции при 55% Zn из β-фазы и расплава при 835°. Распадается по эвтектоидной реакции при 67,5% (вес.) Zn и 250° на β-твердый раствор на базе марганца и α-фазу.
Сплавы, богатые цинком. На рис. 104 приведена часть диаграммы для сплавов, богатых цинком (по Шрамму). Кроме перечисленных выше фаз, имеются еще шесть фаз, обозначенные как Г, Г1, δ, δ1, ζ и η.
Фаза Г имеет имеет сложную объемноцентрированную кубическую решетку с 54 атомами на элементарную ячейку; это соединение соответствует приблизительно формуле Mn5Zn21. Оно превращается при низких температурах в фазу Г1.
Структура δ1-фазы неизвестна; при 400° она переходит в δ-фазу. Эта последняя имеет огромную гексагональную решетку, параметры а = 12,80 А, с = 57,6 А, содержит 550 ± 8 атомов на элементарную ячейку.
ζ-фаза имеет решетку моноклинной симметрии с 28 атомами на элементарную ячейку и параметрами а = 13,65 А, b = 7,61 А, с = 5,06 А, β = 128°44'. η-фаза представляет собой твердый раствор с гексагональной плотноупакованной решеткой.
Растворимость марганца в цинке в твердом состоянии очень мала.