Исследование механизма и кинетики перитектических превращений при неравновесных условиях формирования сплавов систем Al-Cr, Al-Co, Al-Ni Кузнецов Александр Васильевич

Содержание к диссертации

Введение 4

Глава I. Исследование механизма и кинетики фазовых превращений в неравновесных сплавах системы АЬСг.

I.I. Закономерности неравновесной кристаллизации сплавов алюминия с элементами переходных групп .*... 9

1.2* Постановка задачи и ее обоснование * 34

1.3. Диаграмма состояния системы aM-TV .• J?

1. Методы получения и исследования сплавов м

1.5. Исследование перитектических превращений при неравновеоной кристаллизации сплавов системы АЬСг. S4

1.6. Исследование механизма взаимодействия алюминия с промежуточными соединениями р\^ьГг и АЦСг #

1.7. Исследование зависимости насыщения алюминия хромом при спекании неравновесных порошковых сплавов от степени фазовой и структурной ме- тастабильности промежуточных соединений i°z

Глава П. Исследование механизма и кинетики фазовых превращений в неравновесных сплавах систем Al-Ni и М-Со.

2.1. Диаграмма состояния системы А.1 ~ NI Н7

2.2. Исследование механизма взаимодействия алюминия с промежуточными соединениями Al^Ni?

2.3, Исследование перитектических превращений при неравновесной кристаллизации сплавов системы А1-КІІ 155

2.4, Диаграмма состояния системы М-С О №

2.5, Исследование механизма взаимодействия алюминия с промежуточными соединениями Al^LO4 , АЦСо5 , AlCo т

2.6, Неравновесная кристаллизация сплавов системы Al-Co ..т

2.7, Исследование кинетики изменения электросопро тивления и плотности в процессе спекания не равновесных порошковых прессовок А1 "АІ4 Ь Г 7 Al-Al«Mn Al-AICo .Al-AINi т

Выводы Ш

Литература 166 

Введение к работе

Изучение закономерностей фазообразования при неравновесных условиях формирования сплавов привлекает широкое внимание исследователей в связи с научной и практической важностью вопроса, решение которого открывает путь для более эффективного управления структурообразованием и получением материалов с необходимым комплексом физико-химических свойств.

Основные физические представления о неравновесной кристаллизации были разработаны известными советскими учеными А.А.Бочваром, А.А.Байковым, В.И.Даниловым, Н.Н.Сиротой и др. В дальнейшем успешное развитие указанное направление получило в работах Г.Фалькенхагена и В.Гофмана, И.В.Салли, И.С.Мирошниченко, Д.С.Каменецкой и И.А.Антекаря, П.Дувеца с сотрудниками, В.Т.Борисова с сотрудниками, А.Ф.Полеси с сотрудниками и др.

В настоящее время на примере большого числа систем установлена возможность получения, в условиях повышенных скоростей охлаждения, пересыщенных твердых растворов, метастабиль-ных кристаллических и аморфных фаз, многие из которых обладают ценными в практическом отношении свойствами.

Анализ литературных данных показывает, что наблюдаемые экспериментально закономерности неравновесной кристаллизации зависят как от условий охлаждения (скорость охлаждения, перегрев и переохлаждение расплава) так и от физико-химической природы конкретных систем (природа межатомного взаимодействия, тип равновесной диаграммы состояния, особенности структурного состояния жидкой фазы и др.). В этом отношении привлекают внимание сплавы алюминия с элементами переходных групп, которые, по ряду признаков и наблюдаемым экспериментально за - -кономерностям фазообразования при неравновесных условиях кристаллизации, можно выделить в отдельную группу двойных металлических систем.

Равновесные диаграммы алюминидов переходных металлов характеризуются малой равновесной растворимостью переходных элементов в алюминии и наличием ряда промежуточных соединений, образующихся по перитектическим реакциям, что является отражением сложной природы межатомного взаимодействия. Данные комплексного исследования физико-химических свойств расплавов указывают на их сложное микронеоднородное строение и чувствительность структуры жидкой фазы к изменению температурно-концентрацион-ных условий. Среди характерных особенностей неравновесной кристаллизации сплавов указанных систем следует выделить возможность кристаллизации метастабильных промежуточных фаз и пересыщенных твердых растворов при сравнительно невысоких скоростях охлаждения ( lU 1U сГ ). Это, в первую очередь, относится к сплавам алюминия с марганцем, хромом и молибденом.

Наблюдаемые экспериментально закономерности фазообразования при неравновесной кристаллизации сплавов связывают с особенностями строения равновесных диаграмм состояния, влиянием условий охлаждения на механизм и кинетику элементарных процессов зарождения и роста твердой фазы в связи с возможными изменениями структурного состояния расплавов, особенностями процессов тепло- и массопереноса, изменением температурно-кон-центрационных условий на фронте кристаллизации и др. В то же время, имеющиеся литературные данные не позволяют сделать однозначных выводов относительно условий, механизма и кинетики формирования метастабильных фаз, пересыщенных твердых растворов в конкретных системах. Среди алюминидов переходных метал - лов обнаружены системы ( AI-Co.AI-Ni , А1-У6 ) в которых не удается получить пересыщенные твердые растворы при достаточно высоких скоростях охлаждения ( 11) \\) ""сГ"").

Анализ литературных данных показывает, что закономерности неравновесной кристаллизации сплавов перитектических систем в значительной мере должны определяться особенностями механизма и кинетики перитектических превращений в неравновесных условиях затвердевания. Этот аспект проблемы является наименее изученным. Изучению закономерностей перитектической кристаллизации посвещены исследования Я.В.Ґречного и В.Н.Ипатовой., Г.Сартелла и Д.Макка, Н.И.Варича, Б.Н.Литвина и П.Ф.Роздайбе-ды, Добаткина и др. Установлено, что перитектические превращения осуществляются посредством двух основных механизмов. Пе-ритектическая фаза может формироваться в виде каемки на пер-вичных кристаллах в процессе их диффузионного превращения или путем непосредственного зарождения из переохлажденного расплава. В последнем случае рост осуществляется за счет диффузии вещества от растворяющихся кристаллов высокотемпературных фаз через жидкость. При изменении условий охлаждения может происходить смена указанных механизмов. Следует отметить, что при анализе перитектической кристаллизации основное внимание уделяется изучению процессов формирования кристаллов перитектических фаз а жидкость рассматривается как пассивная транспортная среда, посредством которой осуществляются процессы тепло- и массопереноса. Последнее справедливо, если при охлаждении структурное состояние расплава не меняется или переход жидкой фазы в стабильное состояние осуществляется быстрее процессов формирования кристаллических фаз. Такие условия реализуются при изотермическом превращении или в процессе достаточно медленного охлаждения. При быстром охлаждении, когда время затвердевания становится сравнимым с характерными временами структурной релаксации расплава, могут стабилизироваться исходное высокотемпературное или промежуточные метастабильные состояния жидкой фазы, что в значительной мере должно определять своеобразие процессов фазовых превращений. На такую возможность указывают некоторые результаты экспериментов по влиянию перегрева расплавов на процесс неравновесной кристаллизации. Однако систематических данных по этому вопросу, в частности, относящихся к сплавам систем Д ЬГ , А1"Ь0 , Д Н \ » нами в литературе не обнаружено. Содержание настоящей работы составили результаты экспериментального исследования механизма и кинетики перитектических превращений при неравновесных условиях формирования сплавов систем А1-0 . М-Со , Al-Ni : в процессе неравновесной кристаллизации сплавов; при спекании гетерофазных порошковых смесей алюминия с промежуточными метастабильными соединениями на его основе. Исходными данными для проведения исследования послужили результаты изучения закономерностей метаста-бильной кристаллизации сплавов систем Д1 — МП , Д1-п0 , А1-Сг , проведенные в работах В.И.Псарева и Р.Д.Венгрено-вича [52-57] .

С целью решения поставленной задачи разработана методика проведения скоростной кристаллизации сплавов с одновременным контролем температурных условий затвердевания в интервале скоростей охлаждения 1U "j 1U Т » Проведено исследование влияния скорости охлаждения, перегрева и переохлаждения расплавов на процесс кристаллизации метастабильных фаз в связи с особенностями протекания перитектических превращений при неравновесной кристаллизации сплавов, изучены условия формирования пересыщенных твердых растворов. Дополнительно изучены закономер ности межфазового взаимодействия в процессе твердофазного реагирования алюминия с метастабильными фазами на его основе. Показано, что такие, искусственно созданные, неравновесные системы могут служить в качестве модельных, позволяющих выявить ряд существенных закономерностей структурного механизма превращения перитектических фаз. Полученные результаты дают основание вынести на защиту следующие вопросы:

1. установленные закономерности механизма и кинетики перитектических превращений при неравновесных условиях кристаллизации сплавов систем Al-Cr , Al-Co , Al-Ni .,

2. данные исследования механизма и кинетики фазовых превращений при твердофазном взаимодействии алюминия с промежуточными метастабильными соединениями на его основе;

3. закономерности насыщения алюминия хромом в процессе спекания гетерофазных порошковых сплавов системы А г и Г7 ;

4. положения, существенно дополняющие физические представления о характере формирования структуры и фазового состава перитектических сплавов при неравновесных условиях их кристаллизации или при спекании гетерофазных прессовок.

Приведенное объяснение для всей совокупности полученных экспериментальных, а также литературных данных, учитывающее возможные изменения внутренней структуры расплавов, наиболее полно отражает наблюдаемые явления и закономерности неравновесных процессов в системах сплавов с перитектическими превращениями. Последнее обстоятельство позволило сделать определенное заключение, хотя и подтверждаемое косвенными экспериментальными данными, о характере и физическом содержании пе-ритектического.превращения в сплавах при неравновесных условиях их формирования.

Похожие диссертации на Исследование механизма и кинетики перитектических превращений при неравновесных условиях формирования сплавов систем Al-Cr, Al-Co, Al-Ni

Морфология фаз и фазовые превращения при термической обработке суперсплавов на основе Ni-Al-Cr и Ni-Al-Co : масштабные и концентрационные эффектыНиконенко, Елена Леонидовна

Морфология и фазовые превращения при термической обработке суперсплавов на основе Ni-Al-Cr и Ni-Al-Co. Масштабные и концентрационные эффекты.Никоненко Елена Леонидовна

Получение икосаэдрических и декагональных квазикристаллов в системах Al-Cu-Fe и Al-Co-Ni и исследование их свойствЛобанова Александра Валериевна

Магнитные и транспортные свойства соединений с тяжелыми фермионами CeB6 и Ce(Al,M)2 (M - Co, Ni)Богач Алексей Викторович

Исследование процессов взаимодиффузии в двумерной системе Ni-AlПолетаев Геннадий Михайлович

Исследование термодинамических свойств, условий стабильности и образования аморфного и квазикристаллического состояний сплавов Ni-La, Al-Mn и Al-FeАрутюнян Наталия Анриевна

Кинетика диффузионных фазовых превращений в нестационарных условияхЛукин, Олег Анатольевич

Исследование адсорбции In, Al, Co, Cu и Au на реконструированных поверхностях Si(100) и Si(111)Олянич Дмитрий Александрович

Магнитная восприимчивость сплавов Al-Co-R(R=Ce, Dy) и Bi-Mn при высоких температурахУпоров Сергей Александрович

Электрические и магнитные свойства многослойных наноструктур (CO#45#1Fe#45#1Zr#310#1/[А]-Si:H)#3n#1 и (Co#345#1Fe#345#1Zr#310#1)#335#1(Al#32#1O#3m#1)#365#1/[А]-Si:H)#31n#1Королев Константин Геннадьевич