Строительство атомных электростанций, атомных кораблей требует самых разнообразных материалов: конструкционных сталей, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, цветных металлов и других металлических материалов. Но атомная техника предъявила к материалам, используемым для изготовления некоторых деталей, особые требования, не встречающиеся в других отраслях техники. В данном случае речь идет в первую очередь о такой важнейшей характеристике, как способность ядра атома поглощать тепловые нейтроны (нейтроны с низкой энергией).
Для атомной техники требуются материалы и с высокой способностью к поглощению нейтронов, и с малой. Способность разных металлов поглощать нейтроны колеблется в очень широких пределах (табл. 103).
Защита от нейтронного облучения будет осуществляться наиболее эффективно экранами, изготовленными с применением элементов, расположенных в правой стороне табл. 103. Металлы, расположенные в левой части таблицы, можно использовать как конструкционные материалы для реакторов. Магний и алюминий из-за низкой температуры плавления иногда оказываются неподходящими, и в этом случае используют бериллий и цирконий.
Таблица 103. (см. скан) Эффективное сечение захвата тепловых нейтронов и температура плавления некоторых металлов
Бериллий. Поскольку такое свойство атомов, как поперечное сечение захвата, не зависит от состояния, в каком находится элемент, то бериллий применяют в металлическом виде и в виде соединений с кислородом, углеродом и водородом (оксиды, карбиды и гидриды бериллия).
Технический бериллий представляет собой хрупкий металл с прочностью около и удлинением Его низкая пластичность может быть обусловлена недостаточной чистотой, так как этот металл особенно чувствителен к загрязнениям. Коррозионная стойкость бериллия высокая. О бериллии как конструкционном мате риале будет сказано дальше.
Ввиду малой величины эффективного захвата тепловых нейтронов, высокой температуры плавления и высокой коррозионной стойкости бериллий можно применять для плакировки стержней ядерного горючего, однако чрезвычайно высокая стоимость бериллия ограничивает его использование. Для этой цели в настоящее время применяют более дешевый металл - цирконий.
Цирконий. Благодаря малому сечению захвата, высокой температуре плавления, пластичности и высокой коррозионной стойкости цирконий получил преимущественное применение для покрытия тепловыделяющих элементов и труб. Цирконий имеет две аллотропические модификации: а с решеткой и с решеткой . Температура перехода равна Механические свойства циркония колеблются в зависимости от чистоты, структурного состояния и других факторов в следующих пределах: твердость Отсюда видно, что это весьма мягкий и непрочный металл. Легирование циркония значительно упрочняет его. Известны сплавы на основе циркония с прочностью (при этом пластичность снижается до ). В качестве одного из высокопрочных сплавов циркония можно указать на сплав циркаллой, содержащий
Коррозионная стойкость циркония значительно зависит от его чистоты. Сотые доли процента углерода и азота снижают его коррозионную стойкость. Однако некоторые добавки нейтрализуют вредное влияние загрязнений (так, ниобий нейтрализует действие углерода, а олово - азота). Наличие фазового превращения позволяет воздействовать на свойства циркониевых сплавов термической обработкой. Диаграммы состояния циркония со многими элементами построены, однако данных о термической обработке и совершающихся при этом структурных превращениях мало.
Технический цирконий содержит в некотором количестве (обычно около примесь гафния - соседа в периодической системе и близкого ему по свойствам.
Однако гафний резко отличается по ядерным свойствам от циркония (см. табл. 103 - эффективное сечение захвата гафния почти в 1000 раз больше; поэтому для основного назначения цирконий должен быть очищен от гафния, что является весьма сложной задачей и сильно увеличивает стоимость металла. Для других случаев (т. е. не для ядерной техники) этого делать, разумеется, не следует, так как наличие гафния не оказывает заметного влияния на механические и химические свойства циркония.
Цирконий находит также применение, как поглотитель газов (геттер), в хирургии в и металлургии (легирующая присадка, раскислитель).
Теплоносители. Для активного теплообмена в ядерных реакторах применяют металлические теплоносители, имеющие более высокую теплопроводность, чем вода или газы. В качестве теплоносителей следует применять металлы с низкой температурой плавления. В зависимости от принципа действия реактора в качестве теплоносителя можно применять висмут (и его сплавы) или натрий.
В реакторах одних типов теплоноситель должен содержать в растворенном состоянии ядерное топливо - уран, поэтому следует выбирать металл с низкой температурой плавления, способный растворять уран.
Данные, приведенные в табл. 104 показывают, что из всех легкоплавких металлов для этого больше всего подходит висмут.
Таблица 104. (см. скан) Физические свойства цветных металлов
Кроме того (что немаловажно), висмут имеет небольшую способность к поглощению тепловых нейтронов.
Применение вместо чистого висмута эвтектики состава в с температурой плавления 125 °С (рис. 388, а) вполне возможно, так как добавка свинца удешевляет расплав, делает его более жидкоподвижным вследствие снижения температуры плавления.
Очень важно взаимодействие расплавленного висмута (или сплава со стенками труб теплообменника, которые должны быть изготовлены из металлического материала. Устойчивость разных металлов в такой среде весьма различна и зависит от температуры среды.
Платина, марганец, никель полностью неустойчивы, а медь и алюминий не намного лучше их. Простое нелегированное железо и углеродистая сталь сохраняют устойчивость до более высоких температур (750 °С), чем нержавеющие стали. Бериллий и молибден устойчивы до 1000 °С. Таким образом, обычные представления о коррозионной стойкости металлов в данном случае неприемлемы.
Интенсивный отвод тепла, выделяющегося в реакторе при ядерном расщеплении, может быть осуществлен эффективно с помощью легких металлов; они по своим тепловым свойствам значительно превосходят воду, так как имеют более высокую скрытую теплоту испарения (на что следовательно, больше будет затрачиваться тепла), более низкую упругость пара (следовательно, система может работать при более низких давлениях и иметь более тонкие стенки), более высокий коэффициент теплопроводности и т. д.
Рис. 388. Диаграммы состояния:
Из числа приведенных в табл. 105 легких металлов не находит пока применения рубидий. По-видимому, потому, что он редко встречается. Применяют в основном, натрий, а также калий и литий похожий по свойствам на натрий.
Натрий при комнатной температуре очень мягкий (деформируется пальцами), легко режется ножом.
В реакторах применяют чистый натрий и его сплав с калием (см. рис. 388). Такой сплав при комнатной температуре находится в жидком состоянии, что представляет некоторые технические удобства. Коэффициент теплопроводности этого сплава несколько ниже, чем у чистого натрия.
Стойкость различных металлов против коррозионно-эррозионного воздействия жидкого натрия различна. Высокой стойкостью в натрии обладают никель, хром, молибден, железо, цирконий; ограниченно устойчивы титан и нержавеющая сталь, а углеродистая сталь, алюминий, платина неустойчивы. В наибольшей степени требованиям современной техники удовлетворяют аустенитная нержавеющая сталь и цирконий, обладающие оптимальным сочетанием требуемых свойств.
Стойкость различных металлов, особенно сплавов железа, резко уменьшается при наличии растворенного в натрии кислорода, даже в небольших количествах. Поэтому применяемый жидкий натрий, как и сплав должен быть тщательно очищен от кислорода.
При введении двуокиси циркония в электролизную ванну должен образоваться сплав алюминий-цирконий. Происходящее сплавообразование оказывает существенное влияние на протекание всего технологического процесса и в первую очередь на электрохимическое выделение алюминия. Кроме того, поскольку восстановление двуокиси циркония, растворенной в электролите, возможно как электрохимическим путем, так и алюмотермическим, необходимо рассмотреть влияние сплавообразования на возможный сдвиг потенциала выделения циркония, а также на протекание реакции алюмотермического восстановления. Отсутствие затруднений при электрохимическом восстановлении алюминия в присутствии циркония позволит вести процесс с затратами энергии, близкими к таковым при получении алюминия. В тоже время, в связи с невысокой растворимостью ZrO2 в криолитглиноземных расплавах, существенное значение имеет полнота протекания реакции алюмотермического восстановления двуокиси циркония, что вызывает необходимость оценки остаточной концентрации ZrO2 в электролите. Для решения указанных вопросов необходимо иметь сведения о термодинамических свойствах получающихся алюминий – циркониевых сплавов. Характерной особенностью для циркония, ожидаемого на жидком алюминиевом катоде, является его химическое взаимодействие с алюминием. Как следует из диаграммы состояния, он может образовывать с алюминием ряд соединений в твердом виде. Это в свою очередь определенным образом будет сказываться на физико-химических свойствах образующейся лигатуры, влиять на технологию процесса электролиза. Состояние общей теории металлических сплавов и, в особенности теории металлических растворов, не позволяет выполнить расчеты термодинамических свойств лигатур на основе данных для чистых алюминия и циркония. Постановка экспериментов по изучению термодинамических характеристик сплавов с участием циркония и алюминия весьма сложна из-за их высокой химической активности, всвязи с чем имеющиеся в литературе данные далеко не полные. В работе Ю.О.Есина с сотрудниками, калориметрическим методом определены теплоты смешения жидких сплавов алюминия с цирконием в интервале концентраций от 0 до 60% ат.Zr. Полученные данные представлены в табл.3.1. Данные представленные в таблице 3.1 свидетельствуют о том, что в расплавах системы Al-Zr наблюдаются очень большие отклонения от закона Рауля. Уменьшение абсолютной величины DHZr и DHAl с увеличением концентрации циркония или алюминия в сплаве говорит о сильном взаимодействии циркония с алюминием. Иными словами связь Al-Zr намного прочнее, чем Al-Al и Zr-Zr. О сильном взаимодействии этих двух элементов свидетельствует и диаграмма состояния Al-Zr, в которой образуются конгруэнтные соединения, плавящиеся без разложения. Подобные образования из атомов алюминия и циркония сохраняются и в жидких сплавах даже при больших перегревах относительно линии ликвидус. Для полной термодинамической характеристики сплавов необходимо располагать значениями активностей компонентов в сплаве. Для определения термодинамических свойств сплавов в основном применяется несколько методов: метод измерения давления насыщенного пара над сплавом; калориметрический метод и метод, основанный на определении коэффициента распределения, метод электродвижущих сил.
Под редакцией Комиссаровой Л. Н. и Спицына В.И. - М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. - 345 c.
Скачать
(прямая ссылка):
chemie-zr.djvu Предыдущая 1 .. 86 > .. >> Следующая
") Диаграмма состояния системы Zr02-La203 была изучена достаточно подробно методами термического, дилатометрического, рентгенографического и фазового химического анализов с применением прецизионных приборов. Помимо этого, измерялась электропроводность и проводилось петрографическое исследование . На основании этих исследований была представлена подробная картина фазовых превращений в системе Zr02- La203, обнаружено образование устойчивого кристаллического соединения La»Zr207 с кубической структурой пирохлора и ряда твердых растворов на основе тетрагональной и моноклинной Zr02; химического соединения La2Zr207 и гексагональной La203.
Соединения состава Me2Zr207 были получены и при нагревании Zr02 с окислами церия (З-f), неодима, самария и гадолиния выше 1200° .- Прим. ред.
154
Глава J. Окислы циркония и цирконаты
Фторосиликаты также вступают в реакцию с двуокисью циркония, при этом образуются фтороцирконаты (см. раздел «Фтор»). В результате нагревания двуокиси циркония с окислами элементов этой группы образуются следующие соединения: 1) Ge02-Zr02 с тетрагональной решеткой (а=4,871; с= 10,570 А) ; 2)cPbZr03 с псевдотетрагональной решеткой при 20° (а=4,152, с - = 4,101 А), превращающейся в кубическую при 230° и 3) Zr02Si02. Подробное описание этого последнего соединения см. в гл. 5. Для окиси олова соединение с Zr02 не получено. Золото. См. медь.
Водород. Двуокись циркония не взаимодействует с водородом, причем взаимодействия не наблюдалось также и при температуре 2000° и давлении 150 атм . Гидрид кальция восстанавливает двуокись циркония До металла . Фтористый водород и плавиковай кислота при взаимодействии с двуокисью циркония образуют фтористые соединения циркония; соляная кислота растворяет двуокись циркония, если ее частицы достаточно малы или находятся в соответствующем энергетическом состоянии. Вода не образует.соединений с двуокисью циркония .
Индий. См. алюминий.
Йод. См. бром.
Иридий, ссмий, палладий, платина, родий и рутений. Сведения о взаимодействии этих элементов или их соединений с двуокисью циркония в литературе " отсутствуют.
Железо. См. кобальт.
Лантан и лантаноиды. См. церий.
Свинец. См. германий.
Магний. См. кадмий.
Марганец и рений. Реакции этих элементов или их соединений с двуокисью циркония не известны. Для смеси Zr02 и Мп304 эвтектическая температура составляет 1620 .
Ртуть. См. кадмий.
Молибден и вольфрам. По данным работы вольфрам должен реагировать с двуокисью циркония при очень высоких температурах, образуя сплав вольфрама с цирконием. Других сведений о взаимодействии двуокиси циркония с молибденом и вольфрамом или их соединениями не имеется1).
Никель. См. кобальт.
Ниобий, фосфор, тантал н ванадий. Сведения о взаимодействии этих элементов или их соединений с двуокисью циркония в литературе отсутствуют, за исключением реакции с пятихлористым фосфором, в результате которой образуется четыреххлористый цирконий [ 152]2).
Азот. Азот и его соединения не реагируют с двуокисью циркония, за исключением бифторида аммония, который в этом случае образует фтороцирконаты аммония.
Осмий. См. иридий.
") Двуокись циркония может взаимодействовать с трехокисью вольфрама выше 1000°, при этом образуется соединение ZrOW04. Вольфрамат цирконила обладает некоторой летучестью в токе водяного пара, умеренно растворяется в NaOH и Na2F2 при нагревании, незначительно взаимодействует с концентрированными растворами H2S04, НС1 и NH4OH .,- Прим. ред.
2) Двуокись циркония может взаимодействовать с окислами ниобия и тантала при температуре 1300° и выше. Процесс сопровождается образованием соединений ниобата и таиталата цирконила, состав которых отвечает формуле ZrOR207. Оба соединения термически устойчивы и плавятся при 1700 + 20° и 1730 ±^ 20° соответственно. Они обладают повышенной устойчивостью по отношению к различным химическим реагентам: кислотам, щелочам и хлорирующим агентам. Танталат цирконила характеризуется большей устойчивостью по сравнению с ицобатом. Он нерастворим в горячих растворах концентрированной НС1 и H2S04 в смеси сульфата аммония с серной кислотой и не сплавляется с пиро-сульфатом натрия, К2С03 и перекисью бария .- Прим. ред.
3. Двуокись циркония
155
Кислород. Кислород химически не взаимодействует с двуокисью циркония. Реакции двуокиси циркония с различными окислами описаны в соответствующих разделах.
Палладий. См. иридий.
Платина. См. иридий.
Калий. См. цезий.
Рений. См. марганец.
Родий. См. иридий.
Рутений. См. иридий.
Скандий и иттрий. Сведения о взаимодействии этих элементов или их соединений с цирконием в литературе отсутствуют. Известно лишь, что окись иттрия Y203 при содержании ее от 7 до 55 и от 76 до 100 мол. % образует с двуокисью циркония при 2000° твердые растворы кубической структуры 1).
С развитием новых отраслей науки и техники расширяются и требования к свойствам алюминиевых сплавов. Это приводит, как правило, к усложнениям их состава. Всё чаще в качестве легирующих компонентов находят применение добавки таких тугоплавких элементов, как цирконий, марганец, хром, титан, ванадий, бор и другие.
Работами М.В.Мальцева, В.И.Добаткина, А.Кибулы и других авторов показано, что последние при введении в расплав способствуют измельчению зерна слитков, устраняют структурную неоднородность, существенно улучшают литейные и механические свойства сплавов, обеспечивают получение крупногабаритных поковок и штамповок, а также других полуфабрикатов, изготовляемых с малой степенью деформации из сплавов Д16, АЦМ, 1911,1915. Для таких литейных сплавов как ВАЛ-1, ВАЛ-5, АЛ4М и других также показана целесообразность использования тугоплавких легирующих компонентов .
Широкое распространение для легирования алюминиевых сплавов получил цирконий, который, как и другие переходные металлы, обладает резко выраженным модифицирующим действием.
Диаграмма состояния системы Al-Zr относится к перитектическому типу. Как свидетельствует диаграмма, рис.1.1, между жидкостью(0,11% циркония) со стороны чистого алюминия и соединением ZrAl 3 происходит перитектическая реакция с образованием твердого раствора алюминия (0,28% циркония). Температура реакции составляет 660,5 ° С.
В работе указывается, что изучение двойных диаграмм состояния, характеризующих взаимодействие между алюминием и легирующими компонентами, позволяет судить об эффективности того или иного элемента как модификатора. Наиболее эффективными модификаторами являются те металлы, которые образуют с алюминием диаграммы состояния перитектического или эвтектического типа с тугоплавкими соединениями, ликвидус которых в значительной мере смещён в сторону алюминия. Примером такой диаграммы и является диаграмма Al-Zr.
Кроме способности измельчать зерно, цирконий, в значительной мере может оказывать влияние на температуру рекристаллизации алюминиевых сплавов. Последнее действие связано с образованием и распадом твёрдых пересыщенных растворов циркония в алюминии. В готовом изделии, как правило, отсутствуют пересыщенные твёрдые растворы. В процессе технологического цикла производства полуфабрикатов, связанного с многочисленными нагревами сплава, чередующимися с деформациями, происходит распад этих твёрдых растворов с выделением вторичных алюминидов. Степень распада твёрдого раствора, дисперсность и характер распределения продуктов распада, в конечном итоге, определяют влияние переходных металлов на механические свойства деформированных полуфабрикатов.
Елагин в работе рассматривая влияние переходных металлов на температуру рекристаллизации, указывает, что наибольший эффект на температуру рекристаллизации оказывают дисперсные интерметаллиды — продукты распада твёрдых растворов. В меньшей степени повышают температуру рекристаллизации, не распавшиеся твёрдые растворы. И совсем к противоположному эффекту приводит коагуляция продуктов распада твёрдых растворов. Твёрдые растворы различных переходных металлов отличаются по своей устойчивости. Наиболее устойчивым является твёрдый раствор циркония и алюминия. В основном объёме этого раствора распад идёт очень медленно. Также замедлена коагуляция продуктов распада по сравнению с другими сопоставимыми сплавами.
Так в работе отмечается увеличение жидко текучести сплавов Al-Mg. В сплаве АЛ27-1 добавки циркония уменьшают склонность к трещинообразованию и снижают содержание водорода.
По данным Козловской замена части марганца в сплаве Д16 на цирконий способствует получению сильно выраженного пресс — эффекта, отсутствию крупнокристаллического ободка и повышению пластичности в поперечном направлению.
В сплавах системы Al-Zr-Mg добавки циркония в значительной мере снижают коррозию под напряжением, а также повышают коррозионную стойкость алюминиевых сплавов в агрессивных средах.
Приведенные далеко не полные сведения о роли циркония в алюминиевых сплавах свидетельствуют о том, что цирконий всё шире используется как легирующий элемент.
Похожие записи:Двойные диаграммы состояния, ограничивающие циркониевый угол, исследованы.
Состав и механические свойства технического гитана (ГОСТ 9853 - 61.| Влияние некоторых элементов на прочность Ti. Все известные двойные диаграммы состояния сплавов на основе Ti подразделяют на три большие группы по характеру линий ликвидуса и солидуса вблизи ординаты Ti (примернодо 30 - 40 % веса легирующей добавки), а каждую из этих групп - на подгруппы по характеру превращений в твердом состоянии.
Состав и механические свойства технического титана (ГОСТ 9853 - 61.| Влияние Sn и AI на предел прочности титановых спла. Все известные двойные диаграммы состояния сплавов на основе Ti подразделяют на три большие группы по характеру линий ликви - дуса и солидуса вблизи ординаты Ti (примернодо 30 - 40 % веса легирующей добавки), а каждую из этих групп - на подгруппы по характеру превращений в твердом состоянии.
Подобие двойных диаграмм состояния и одинаковая кристаллическая структура ниобия, тантала, молибдена и вольфрама и образующихся силицидов предопределяют сходство в закономерностях образования и строения диффузионного слоя.
Характер двойных диаграмм состояния металлов V-VI групп или в более широком аспекте III-VIII групп и закономерности, наблюдаемые в этих системах, обусловлены прежде всего близостью электронного строения внешних оболочек их атомов.
Анализ двойных диаграмм состояния тугоплавких переходных металлов IV-VI групп с элементами внедрения (В, С, N, О) показывает , что, как правило, металлический компонент образует эвтектику с ближайшим промежуточным соединением. Такие системы характеризуются сравнительно малой растворимостью элементов внедрения в металле-основе (см. рис. 38), которая возрастает - с повышением температуры. В многовалентных, сильно ионизирующих металлах IV-VI групп валентные электроны примесей внедрения коллективизированы и поэтому растворимость ионов В3, С, N3, O4 определяется соотношением атомных радиусов гх / гм.
При построении двойных диаграмм состояния по горизонтальной оси откладывается состав сплава в процентах, а по вертикальной - температура в градусах Цельсия. Таким образом, каждая точка диаграммы отвечает определенному составу сплава при определенной температуре в условиях равновесия.
Такой ряд двойных диаграмм состояния удобно использовать при анализе влияния характера взаимодействия паяемого металла А с припоем В на их совместимость. При таком рассмотрении необходимо учитывать, что диаграммы состояния характеризуют фазовый состав сплавов и состав фаз сплавов в условиях равновесий.
Схема замкнутой области аусте-нита.| Схема диаграммы с непрерывной растворимостью Fe a (8 и легирующего элемента.| Схема диаграммы с непрерывной растворимостью т - железа и легирующего элемента.| Расширенная, ограниченная область т - твердого раствора. Особенностью всех двойных диаграмм состояния железа с другими элементами является наличие перекристаллизации в твердом состоянии вследствие полиморфных превращений железа. Модификации а и б имеют одинаковую решетку объемноцентрированного куба. В интервале температур (910 - 1401) существует у-модификация, имеющая решетку куба с центрированными гранями.
Правило отрезков в двойных диаграммах состояния можно применить только в двухфазных областях. В однофазной области имеется лишь одна фаза; любая точка внутри области характеризует ее концентрацию.
Правило отрезков в двойных диаграммах состояния можно применить только в двухфазных областях.
Ответ на эти вопросы дают двойные диаграммы состояния, представленные на фиг.
Ответ на эти вопросы дают двойные диаграммы состояния титав - легирующий элемент, представленные на рис. 374 в виде классификационной схемы.
Ответ на эти вопросы дают двойные диаграммы состояния титан - легирующий элемент, представленные на рис. 374 в виде клас-сн Ьнкационной схемы.
Паяемые металлы и металлы-припои, образующие двойные диаграммы состояния, компоненты которых не растворимы друг в в друге ни в жидком, ни в твердом состояниях (см. рис. 4) или ограниченно растворимы в жидком состоянии, но не растворимы в твердом состоянии (см. рис. 4), могут образовать соединения только адгезионного типа.
На рис. 58 и 59 представлены двойные диаграммы состояния алюминия с медью и магнием. В обоих случаях с повышением температуры наблюдается существенное изменение растворимости легирующих элементов в алюминии. Подобное же изменение растворимости отмечается и в многокомпонентных системах, что и обеспечивает возможность упрочняющей термообработки. Однако в сложных сплавах в равновесии с алюминиевым раствором будут находиться сложные по составу и строению фазы согласно соответствующим диаграммам состояния.
Внешне диаграммы вертикальных разрезов сходны с двойными диаграммами состояния. Только кривые ликвидуса и солидуса не пересекаются в общем случае на ординатах вертикальных разрезов.
В ней обобщены новые данные по 1719 двойным диаграммам состояния и кристаллическим структурам фаз, опубликованные в 1957 - 1961 гг., а также старые работы, не отраженные в справочнике.
Для характеристики фазовых равновесий в чугунах используются прежде всего двойные диаграммы состояния.
Разбор структуры свинцовистых баббитов следует производить, основываясь на двойной диаграмме состояния Pb - Sb (фиг.
Внешне диаграмма разреза (рис. 117) сходна с двойной диаграммой состояния. Различие состоит в том, что вместо эвтектической горизонтали на разрезе появляется область е а с в виде треугольника, сторонами которого являются кривые линии, образующиеся в пересечении плоскости разреза с линейчатыми поверхностями трехфазного объема.
Поверхности начала кристаллизации двойных эвтектик проходят через соответствующие эвтектические горизонтали двойных диаграмм состояния.
Легко видеть, что обсуждаемый разрез действительно не обладает свойствами двойной диаграммы состояния, так как содержит, кроме рав-вовесий с фазами 8 и у, равновесия, в которых представлена фаза (3, выделяющаяся из жидкости в области выше температур образования твердого раствора соединения и затем превращающаяся в последний.
Вариант диаграммы состояния, изображенной на 468, когда разрез V - fl становится частично двойным.| Вариант диаграммы состояния, изображенной на 469, когда разреа VtA становится частично двойным. Между точками А и р этот разрез обладает всеми свойствами двойной диаграммы состояния. За точкой р г он содержит элементы состояния, не относящиеся непосредственно к системе AVZ, и потому утрачивает в этой своей части свойства двойной системы.
Поэтому 22-летний период, прошедший между первым и вторым изданиями справочника по двойным диаграммам состояния, теперь был бы недопустим. Андерко, перед лабораториями по исследованию космического пространства ВВС США 1 был поставлен вопрос о поддержке издания настоящего справочника.
Фазовые и структурные изменения, происходящие на диффузионной стадии процесса, можно предсказать с помощью двойных диаграмм состояния, если в диффузионном взаимодействии участвуют всего два элемента. При этом предполагается, что диффузионный процесс не интенсифицируется и образующаяся диффузионная зона находится в равновесном состоянии.
Используя метод вертикальных сечений тройной диаграммы состояния, проследим на примере обсуждаемой диаграммы за постепенным переходом от двойной диаграммы состояния одного типа к двойной диаграмме состояния другого типа.
Циркониевый угол диаграммы состояния системы цирконий - ванадий - никель. При температуре - 770 существует эвтектоидное четырехфазное равновесие p6 ta3 Zr2Ni ZrV2, которое образуется из отходящего от указанного выше четырехфазного равновесия второго класса равновесия Р2 - в4 - Zr2Ni ZrV2 и двух звтектоидных равновесий p4 a1 Zr2Ni и Р5з a2 ZrV2, исходящих из соответствующих двойных диаграмм состояния.
С целью определения совместного влияния ниобия и алюминия на свойства циркония была предпринята работа по изучению тройной диаграммы состояния части системы цирконий - ниобий - алюминий, богатой цирконием. В двойной диаграмме состояния системы цирконий - алюминий в температурном интервале от 1395 до 975 С ближайшими к цирконию химическими соединениями являются Zr5Al3, Zr2Al и ZrsAl. При температуре 1350 С в р-цирконии растворяется - 9 5 % алюминия. Всего в этой системе насчитывается девять химических соединяй. Ниже 980 С происходит распад р-твердого раствора на два твердых раствора, богатых цирконием и ниобием соответственно. С понижением температуры область расслоения в твердом состоянии расширяется вплоть до монотектоидной температуры 610 С.
Левая часть двойной диаграммы состояния Си - А1 показана на фиг.
Схема изменения содержания легкоплавкого компонента в паяном соединении из металла А при диффузионной пайке. Перспективна диффузионная пайка титана и его сплавов с припоями, богатыми медью, серебром, никелем. Судя по данным табл. 30 и двойным диаграммам состояния, наиболее широкие области твердых растворов в этих сплавах находятся в интервале температур существования р-твер-дых растворов. Серебро достаточно легкоплавко, а медь и никель образуют сравнительно легкоплавкие эвтектики с титаном. Интерметаллиды, образующиеся в паяных швах соединений из титана, выполненных припоями, содержащими эти металлы, также сравнительно легкоплавки.
Но указанное сходство только внешнее. В действительности между вертикальными разрезами тройной системы и двойной диаграммой состояния существует глубоко принципиальное различие.
Положение вертикальных разрезов. в диаграмме состояния.| Диаграмма вертикального разреза I.| Диаграмма вертикального разреза. Разрез на рис. 90, внешне сходный с двойной диаграммой состояния, существенно отличается от нее в этом смысле.
Научной основой технологии термической обработки стали является совместный анализ и применение диаграмм состояния (фазовых диаграмм) и диаграмм распада переохлажденного аустенита. К настоящему времени для сплавов на железной основе известны двойные диаграммы состояния; а для большинства широко применяемых в промышленности сплавов и сталей - и тройные диаграммы.
Вариант диаграммы состояния системы с инкоигруентпо плавящимся тройным химическим соединением в случае, когда один из разрезов от соединения к компонентам не является двойным.| Диаграмма вертикального разреза CS. На рис. 476 показан вертикальный разрез диаграммы состояния по линии AS. Следовательно, за точкой р разрез AS утрачивает свойства двойной диаграммы состояния. Пунктирными линиями показаны мстастабилыше части ликвидуса и со-лидуса 8-твердого раствора с общим скрытым максимумом.
Диаграмма вертикального разреза по линии VC.| Изотермическое сечение диаграммы состояния при температуре, отвечающей эвтектической точке е5 в двойной системе VC.
Из сказанного следует, что вертикальный разрез диаграммы состояния по линии VC (рис. 439) обладает свойствами двойной диаграммы состояния, поскольку линии V e & и С еь ликвидуса являются сопряженными с линиями V d9 и С с3 солидуса.
Естественно возникает вопрос о происхождении этого графита. Выше (§ 44) было уже указано, что для объяснения происхождения графита существуют две теории, опирающиеся либо на двойную диаграмму состояний, либо на одинарную.
Изотермические сечения ниже эвтектической точки с5.| Изотермическое ссченио при температуре, отвечающей тройной эвтектической точке Е. Вследствие этих свойств вертикального разреза VC, его и подобные ему разрезы называют квазидвойными, иногда также псевдодвойными, указывая на их сходство с диаграммами двойных систем. Их следовало бы, однако, называть просто двойными разрезами, поскольку приставка квази означает якобы, как бы, а приставка псевдо - лже, ложно, что скорее ставит под сомнение сходство УТИХ разрезов с двойными диаграммами состояния, а не подчеркивает его.
Практическое применение в машиностроении имеют сплавы меди с оловом, содержащие до 12 % Sn. Левая часть двойной диаграммы состояния медь-олово показана на фиг.
Образование твердых растворов ведет к изменению температур превращения. Для оценки влияния легирующих элементов на титан важно установить, как влияют они на полиморфное превращение титана и образуют ли они химические соединения с титаном. Ответ на эти вопросы дают двойные диаграммы состояния, представленные на рис. 356 в виде классификационной схемы.
Для тройных систем правило фаз записывается в виде / 4 - р; по сравнению с двойными системами появляется одна дополнительная степень свободы. Трехфазные тройные сплавы имеют одну степень свободы; эти сплавы в пространственной диаграмме состояния занимают соответствующие объемы. Как и в случае двухфазных областей на двойных диаграммах состояния, температуру трехфазного тройного сплава можно изменять, но при этом при каждой заданной температуре составы всех трех равновесных фаз оказываются вполне определенными. В двухфазных объемах пространственной диаграммы состояния тройной системы температуру и состав можно изменять независимо друг от друга. В однофазном объеме число степеней свободы тройного сплава достигает максимального значения, равного трем: здесь можно изменять температуру, а также концентрации двух из трех компонентов. Поскольку концентрации всех трех компонентов в сумме равны 100 %, то изменять независима друг от друга можно только две концентрации, так как содержание третьего компонента определяется по разности между 100 % и суммой концентраций остальных двух компонентов.
Вертикальное сечение. Благоприятное действие молибдена объясняется тем, что в его присутствии затрудняется образование химического соединения TiCra. Максимальная растворимость хрома в а-титане в соответствии с двойной диаграммой состояния Ti-Сг составляет 0 5 % вес.
Настоящая книга представляет собой учебник по термической обработке металлов для машиностроительных техникумов. Для изучения термической обработки по этой книге от учащегося требуется знание основ металловедения в объеме книги А. И. Самохоц-кого и М. П. Кунявского Металловедение или книги М. С. Ароновича и Ю. М. Лахтина Основы металловедения и термической обработки, или книги Б. С. Натапова Металловедение, представляющих собой также учебники для техникумов. Предполагается, что учащийся хорошо знаком с основными типами двойных диаграмм состояния, с кристаллическим строением металлов и сплавов, с элементарными структурами сталей и чугунов, с методикой металлографического исследования и с механическими испытаниями. Эти вопросы в настоящей книге не рассматриваются вовсе. В первой главе кратко, но несколько подробнее, чем в упомянутых учебниках по металловедению, рассмотрены классификация и характеристика сталей и диаграмма состояния сплавов железо-углерод.
Диаграмма состояния с непрерывным рядом твердых растворов с максимальной точкой на поверхностях ликвидуса и солидуса.| Проекция диаграммы состояния, изображенной на 69, на концентрационный треугольник. В этом смысле изотермические разрезы ничем не отличаются от двойной диаграммы состояния. Однако существенное различие между ними состоит в том, что двойная диаграмма позволяет судить о равновесиях. Принципиальное различие между изотермическими и вертикальными разрезами ясно из изложенного выше.
Обычно вертикальные сечения строят на линиях составов тройных сплавов, которые содержат постоянное количество одного из компонентов. А, которое превышает содержание этого компонента в тройной эвтектике и в двойных эвтектиках е и е3, показано на фиг. Нижняя часть этого сечения внешне напоминает двойную диаграмму состояния эвтектического типа, если не обращать внимания на обозначения различных фазовых областей.
Обратим внимание на то, что прямая СУг на рис. 470 проходит через линии ее, d d, EZE1 трехфазного равновесия ж Y - Ь 8 между жидкостью и твердыми растворами компонента С и соединения Уг. Линии пересечения с этими поверхностями (рис. 472) не являются элементами двойной диаграммы состояния CVlt поэтому за точкой р разрез утрачивает свойства двойной диаграммы состояния.
