Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Кинетика фазового превращения, устойчивость переохлажденной высокотемпературной фазы (расплава) определяются диаграммами изотермического превращения (ДИП) или термокинетическими диаграммами (ТКД), на которых в координатах время — температура зафиксированы начало и конец превращения.
В общем случае дна грамма изотермического превращения представляет собой С-образные кривые, отражающие температурную зависимость скорости превращения.
При температуре равновесия (Тm — температура ликвидуса согласно обозначению, принятому в литературе по быстрозакаленным сплавам) скорость превращения равна нулю и кристаллизация не идет. При небольших переохлаждениях расплава кристаллизация заторможена, время начала кристаллизации (инкубационный период) достаточно велико, Максимальная скорость превращения соответствует носу С-кривой — минимальному инкубационному периоду. Дальнейшее увеличение переохлаждения расплава приводит к снижению скорости превращения, подавлению кристаллизации. На рис. 6.3 приведены ДИП- и ТКД-кривые начала кристаллизации для стеклообразующих сплавов Рd82Si18 и Аu77Gе13,6Si9,4. Минимальная устойчивость переохлажденного расплава для Рd82Si18 и Аu77Gе13,6Si9,4 по ТТК-кривым соответствует температурам 825 и 450 К, а время начала кристаллизации соответственно 10-2 и 10-5,5 с.
Критическая скорость охлаждения для образования стекол Rc по ДИП-кривой кристаллизации переохлажденного расплава определяется как тангенс угла наклона касательной к носу С-кривой, Для более корректной оценки критической скорости R'c необходимо использовать ТКД-кривую, характеризующую начало кристаллизации при непрерывном охлаждении. В этом случае может использоваться выражение R'c = Tm-Tp/tp, где индекс р относится к носу ТКД-кривой (см. рис. 6.3), согласно которому для сплавов Рd82Si18 и Аu77Gе13,6Si9,4 R'c = 8*10в3 и 2*10в7 К/с, что согласуется с экспериментальными данными. Сплав Аu77Gе13,6Si9,4 характеризуется более высокой критической скоростью охлаждения и меньшей склонностью к стеклованию по сравнению со сплавом Рd82Si18. Оценка критической скорости охлаждения по ТКД-кривой для никеля дает значение 2*109 К/с.
Известно, что при температурах вблизи температуры ликвидуса Тm расплавы характеризуются сравнимой по порядку величины вязкостью - 10-1 Па*с, а при температуре стеклования Tg — вязкостью - 1012 Па*с. В связи с этим критическую скорость закалки расплава можно оценить по приведенной температуре стеклования Trg = Tg/Tm: чем выше Trg, тем быстрее увеличивается вязкость расплава при его охлаждении и, следовательно, тем ниже критическая скорость закалки расплава. Сплавы с высокой характеризуются сравнительно низкими критическими скоростями охлаждения, склонны к аморфизации, обладают высокой стеклообразующей способностью (рис. 6.4).
Для эвтектических сплавов температура стеклования Тg зависит от изменения состава сплава вблизи эвтектики в меньшей степени, чем температура ликвидуса Тm. Сплавы с глубокой эвтектикой, для которых характерно резкое снижение Тm, имеют высокую Тm, невысокие критические скорости и склонны к образованию металлических стекол.