 |
Другие сплавы (2.3.6). Рис. 14. Диаграммы состояния Bi–Sn и Bi–Pb. 4. Термины. Виды включений. Определение. Кристаллы, образующиеся и растущие по границам зерен исходной фазы. Обычно результат уменьшения растворимости одного из компонентов в исходной фазе
|
|
|
|
Другие сплавы (2. 3. 6)
Рис. 14. Диаграммы состояния Bi–Sn и Bi–Pb
Рис. 15. Пространственная модель диаграммы состояния Bi–Sn–Pb
|
| Марка | Bi + Sn + Pb | |
| Классификация: | легкоплавкий сплав на основе висмута (Вуда-сплав) | ||
| Применение: | Применяется для анкерного крепления матриц, пуансонов и магнитов, удерживающих детали неправильной формы при механической обработке | ||
| Травитель: | 3 %-й р-р азотной кислоты в спирте | ||
| Обработка: | Литье | ||
| Компонент: | Pb (10 масс. %), Sn (30 масс. %) | ||
| Структурные составляющие: | Эвтектика | ||
| Описание: | Пестрая тройная эвтектика (матрица) из кристаллов 3-х фаз: твердых растворов на основе Pb, Bi и Sn с практически 100 % концентрацией растворителя. Светло-пестрые ограненные колонии двойной эвтектики Bi + Sn. | ||
|
| Марка | Bi + Pb + Sn | |
| Классификация: | Легкоплавкий сплав на основе висмута (Вуда-сплав) | ||
| Применение: | Демонстрационный сплав | ||
| Травитель: | 3 %-й р-р азотной кислоты в спирте | ||
| Обработка: | Литье | ||
| Компонент: | Pb (32 масс. %), Sn (18 масс. %) | ||
| Структурные составляющие: | Эвтектика | ||
| Описание: | Пестрая тройная эвтектика (матрица) из кристаллов 3-х фаз: тв. растворов на основе Pb, Bi и Sn с практически 100 % концентрацией растворителя. Легкоплавкий сплав с температурой плавления 96 °С (плавится в кипящей воде). | ||
4. Термины
|
Виды включений | ||||
| Термин |
Определение | |||
| Вытянутые | Кристаллы, один из размеров которых на плоскости шлифа заметно больше двух других. В пространстве такие кристаллы имеют форму сплющенных эллипсоидов.
| |||
| Дендриты | Кристаллы древовидной формы, выросшие в расплаве. Дендриты могут быть с округлыми или с плоскими ветвями (последнее чаще встречается для химических соединений). На плоскости шлифа ось первого порядка («ствол») дендрита часто не виден, т. к. не попадает в нее. Тогда, в случае дендрита с округлыми ветвями, на плоскости видна группа овальных кристаллов одинаковой ориентировки – результат сечения плоскостью шлифа осей второго порядка («ветвей»). Такую группу нельзя рассматривать как набор изолированных кристаллов; все они – часть одного монокристалла.
| |||
| Зерна или глобулы | Сросшиеся (зерна) или не сросшиеся (глобулы) округлые кристаллиты неправильной формы.
| |||
| Игольчатые ориентированные | Кристаллы на плоскости шлифа в форме иголок (пластинок с утонением к краям в пространстве – сильно сплюснутый эллипсоид). Ориентировка обнаруживается по наличию группы иголок с параллельными осями или с осями, повернутыми на угол, кратный некоторой величине (например, 30°). Возникают, как правило, в результате аллотропического превращения (или уменьшения растворимости одного из компонентов в исходной фазе при охлаждении). Ориентировка прослеживается в пределах одного зерна исходной фазы. При уменьшении скорости охлаждения вместо игольчатых ориентированных включений может появиться пограничная сетка вокруг зерен исходной фазы.
| |||
| Игольчатые хаотичные | Кристаллы на плоскости шлифа в форме иголок (пластинок с утонением к краям в пространстве – сильно сплюснутый эллипсоид). Возникают, как правило, в результате кристаллизации кристаллов с относительно низкой симметрией решетки, например, химических соединений.
| |||
| Пограничная сетка |
Кристаллы, образующиеся и растущие по границам зерен исходной фазы. Обычно результат уменьшения растворимости одного из компонентов в исходной фазе при охлаждении или аллотропического превращения исходной фазы. Если пограничная сетка непрерывна, то она образует уже не включения, а матрицу. При увеличении скорости охлаждения пограничная сетка может смениться игольчатыми ориентированными выделениями внутри зерен исходной фазы.
| |||
| Разветвленные |
Сросток пластинчатых кристаллов, растущих из одного центра. Возникают в случае затрудненного образования новых кристаллов и относительно высокой скорости их роста. Типичный пример – крабовидные включения графита в серых чугунах. | |||
|
Понятия, определения, классификаторы | ||||
| Включения | Части структуры, охватываемые матрицей. | |||
| Матрица | Часть структуры (односвязная в математическом смысле), имеющая характерное и однообразное строение, которая охватывает все остальные ее части. Например, если матрица электропроводна, а остальные части структуры нет, то структура в целом также будет электропроводной. | |||
| Матричная структура
| Структура, в которой имеется матрица. | |||
| Статистическая структура | Противоположность матричной. Не имеет матрицы и состоит из двух (или более) равноправных взаимопроникающих структурных составляющих. Статистическая структура из двух составляющих понятие субъективное. Строго математически в бесконечно большом объеме (поле зрения) и при неограниченном разрешении статистическая структура не существует. Однако в ограниченном поле зрения и при конечном разрешении практически невозможно определить, какая из двух структурных составляющих является матрицей. В таких случаях можно принять, что структура является статистической. | |||
| Субструктура | Строение отдельных структурных составляющих. Из-за большей дисперсности субструктура различается менее надежно или вообще не различается. | |||
| Тип включений | Объединяет все включения, обладающие общими чертами по своей форме, размеру (приблизительно), по внутреннему строению (субструктуре) и т. п. Имеет значение лишь число типов включений, а не число включений. Выше, на каждом из рисунков множество включений одного типа. Внутри включений в свою очередь могут находиться другие включения (своеобразная матрешка). | |||
| Травимость | Способность металла растворяться в соответствующем травителе, в результате чего (по мере роста травимости) сначала становятся видимыми границы зерен, фаз, затем они визуально становятся толще (перетравливание), и, наконец, становится темной вся структурная составляющая. | |||
| Травление
| Действие на полированную поверхность металла химического реактива, в результате чего происходит частичное растворение металла в местах с искаженной кристаллической решеткой. В результате травления на поверхности металла возникает рельеф в виде канавок (ямок) травления, которые видны под микроскопом как темные линии (точки). В некоторых случаях используют окрашивающий травитель, который не растворяет, а красит соответствующие фазы. Например, раствор натриевой соли пикриновой кислоты (пикрат натрия) красит темным цветом Fe3C в сталях или чугунах. | |||
|
Структурные составляющие | ||||
| Аустенит | Твердый раствор на основе γ -железа с гранецентрированной кубической решеткой. В чистом железе существует при температурах между 910о С и 1401о С. (У. Робертс-Аустен – английский металловед).
| |||
| Аустенит остаточный | Часть аустенита, которая не превратилась в мартенсит при мартенситном превращении.
| |||
| Аустенит превращенный | Аустенит, испытавший перлитное превращение (обычно это название используется при описании структур белых чугунов).
| |||
| Бейнит |
Результат бейнитного (промежуточного) превращения аустенита. Состоит из малоуглеродистого мартенсита и дисперсных карбидов железа. (Э. Бейн – американский металловед).
| |||
| Бейнит верхний | Разновидность бейнита, образовавшаяся при относительно высоких температурах. Состоит из игольчатых кристаллов феррита (мартенсита с тетрагональностью, практически не отличимой от 1) и кристаллов цементита, расположенных между ними.
| |||
| Графит глобулярный | Форма включений графита. Каждое включение имеет форму, близкую к сферической. Состоит из нескольких монокристаллов в форме сферических секторов, сросшихся друг с другом. Образуется в серых чугунах модифицированных магнием или некоторыми другими элементами (высокопрочные чугуны).
| |||
| Графит крабовидный | Форма включений графита. Каждое включение состоит из слабо искривленных пластинок графита, растущих из единого центра. Типичная форма графита в обычных серых чугунах. Разновидности – пластинчатый графит (если большинство пластинок не имеет общего центра) и вермикулярный графит (то же, но если пластинки заметно изогнуты). Вермикула (с лат. ) – червячок.
| |||
| Графит хлопьевидный | То же что и углерод отжига. Форма включений графита. Каждое включение состоит из кристаллов неправильной формы, промежуточной между формами глобулярного и крабовидного графита. |
| Зерна равноосные | Микроструктура, состоящая из сросшихся монокристаллов неправильной формы (кристаллитов) примерно одинакового химического состава и разной ориентировки. Размеры зерен в среднем одинаковы по разным направлениям (равноосность), что является следствием статистической независимости образования кристаллов и одинаковой скорости их роста. |
| Карбиды | Соединения переходных металлов и углерода, обладающие высокой твердостью и хрупкостью. Частный случай фаз внедрения – соединений переходных металлов и легких металлоидов (нитриды, бориды и пр. ). |
| Карбиды вторичные | Карбиды переходных металлов, образующиеся при охлаждении за счет уменьшения растворимости углерода в аустените. |
| Карбиды первичные | Карбиды переходных металлов, образующиеся при охлаждении за счет уменьшения растворимости углерода в жидкости (расплаве). |
| Карбиды третичные | Карбиды переходных металлов, образующиеся при охлаждении за счет уменьшения растворимости углерода в феррите. |
| Карбиды эвтектические | Карбиды переходных металлов, образующиеся при эвтектическом распаде жидкости (расплава). |
| Кристаллы вторичные | Образуются при охлаждении за счет уменьшения растворимости одного из компонентов в твердом растворе, образовавшемся при кристаллизации (первичном превращении). |
| Кристаллы избыточные | Кристаллы, свободно растущие в жидкости (расплаве), в результате чего состав жидкости приближается к эвтектическому и она испытывает эвтектический распад. Термин «избыточные» подчеркивает, что масса этих кристаллов избыточна относительно эвтектического состава. |
| Кристаллы первичные | Кристаллы, свободно растущие в жидкости (расплаве). |
| Кристаллы третичные | Кристаллы, образующиеся за счет уменьшения растворимости одного из компонентов в твердом растворе, который образовался при вторичном превращении. |
| Ледебурит | Превращенная эвтектика в системе на основе Fe–Fe3C. После эвтектической кристаллизации состоит из мелких кристаллов цементита с включениями аустенита. При дальнейшем охлаждении аустенит испытывает эвтектоидный (перлитный) распад и превращается в перлит, и, в конечном счете, ледебурит состоит из эвтектического цементита и перлита. Номинальный состав ледебурита в нелегированных сплавах – 4, 3 % С. В легированных сталях или чугунах роль цементита играют более сложные карбиды. (А. Ледебур – немецкий металловед, первый описавший эту структурную составляющую в белых чугунах). |
| Мартенсит | 1 – (в углеродистых сталях) – пересыщенный упорядоченный твердый раствор внедрения углерода в α -железе с объемно-центрированной тетрагональной решеткой, образующийся в результате сдвигового, без диффузионного (мартенситного) превращения аустенита. Иногда называется мартенситом закалки в отличие от мартенсита отпуска. 2 – (в безуглеродистых сталях и прочих сплавах) – продукт мартенситного превращения (см. выше) высокотемпературной фазы. Обычно кристаллы мартенсита имеют форму тонких ориентированных пластинок. (А. Мартенс – немецкий металловед). |
| Мартенсит отпуска | Продукт частичного распада мартенсита (закалки), состоящий из мартенсита с пониженной степенью тетрагональности и, возможно, частиц карбидов. |
| Перлит | Эвтектоид; продукт эвтектоидного распада аустенита в системе на основе Fe–Fe3C. Состоит из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита (или других карбидов). Номинальный состав перлита в нелегированных сталях – 0, 8 % С. В легированных сталях или чугунах роль цементита играют более сложные карбиды. Термин «перлит» используется в двух значениях: – как родовое понятие, обобщающее понятие эвтектоид в системе на основе Fe–Fe3C, т. е. перлит (см. ниже), сорбит и тростит; – как частный случай эвтектоида с пластинками, толщина которых достаточно велика, чтобы быть разрешимой в оптическом микроскопе с апертурой объектива менее 0, 5 (в отличие от более мелких сорбита и тростита). Название происходит от слова «перл» (жемчужина), из-за перламутрового блеска на поверхности перлитной стали после полировки и частичного окисления. |
| Сорбит закалки | Эвтектоид; продукт эвтектоидного распада аустенита в системе на основе Fe–Fe3C; разновидность перлита. Состоит из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита (или других карбидов). Толщина пластинок такова, что они различаются в оптическом микроскопе только с апертурой объектива более ~0, 5 (в отличие от более крупного перлита и более мелкого тростита). (Г. Сорби – английский ученый-микроскопист). |
| Сорбит отпуска | Результат отпуска закаленной стали, продукт распада мартенсита. Состоит из феррита и мелких, часто на пределе разрешения оптического микроскопа, частиц цементита сфероидальной формы. В легированных сталях роль цементита играют более сложные карбиды. |
| Троостит закалки | Продукт распада аустенита. Состоит из феррита и мелких, часто на пределе разрешения оптического микроскопа, частиц цементита пластинчатой формы. В легированных сталях роль цементита играют более сложные карбиды. (Троост – голландский металловед. Удвоенная гласная в русском языке редуцировалась). |
| Троостит отпуска | Продукт распада аустенита. Состоит из феррита и мелких, НЕ различимых в оптическом микроскопе, частиц цементита сферической формы. В легированных сталях роль цементита играют более сложные карбиды. |
| Углерод отжига | То же что и графит хлопьевидный. Форма включений графита. Каждое включение состоит из кристаллов неправильной формы, промежуточной между формами глобулярного и крабовидного графита. |
|
|
|
| Феррит | Твердый раствор на основе α -железа с объемно-центрированной кубической решеткой. В чистом железе существует при температурах ниже 910° С и между 1401° и 1539° С (плавление).
| |
| Феррит избыточный | Кристаллы твердого раствора на основе α -железа с объемно-центрированной кубической решеткой, образующиеся при охлаждении в результате аллотропического превращения аустенита. В результате выделения избыточного феррита аустенит приобретает эвтектоидный состав (0, 8 % С).
| |
| Цементит | Карбид железа Fe3C номинального химического состава 6, 67 % С. Название дано из-за высокой твердости цементита (около 12 ГПа).
| |
| Цементит вторичный | Карбид железа Fe3C, образующийся при охлаждении за счет уменьшения растворимости углерода в аустените.
| |
| Цементит зернистый | Микроструктура, состоящая из ферритной матрицы и включений цементита сфероидальной формы. Образуется в результате высокого отпуска закаленной стали («улучшения») или горячей деформации. Иногда его неточно называют зернистым перлитом.
| |
| Цементит первичный | Карбид железа Fe3C, образующийся при охлаждении за счет уменьшения растворимости углерода в жидкости (расплаве). Обычно имеет форму крупных плоских дендритов. | |
| Цементит третичный | Карбид железа Fe3C, образующийся при охлаждении за счет уменьшения растворимости углерода в феррите.
| |
| Эвтектика | Структурная составляющая, возникающая в результате эвтектического превращения. Состоит из мелких кристаллов двух фаз. В многокомпонентных системах с тройным эвтектическим превращением в состав тройной эвтектики входит три фазы и т. д. Различают эвтектики по их строению (например, стерженьковая, пластинчатая, разделенная). Эвтектические колонии в ряде случаев растут независимо друг от друга до соприкосновения и различаются по своей ориентации. Эвтектика (с греч. ) – легкоплавящееся.
| |
| Эвтектика превращенная | В отличие от обычной эвтектики, в превращенной эвтектике одна или обе фазы, входящие в ее состав, испытали эвтектоидное превращение. Типичный пример – ледебурит.
| |
| Эвтектоид | Структурная составляющая, возникающая в результате эвтектоидного превращения. Состоит из мелких кристаллов двух фаз чаще всего пластинчатой формы с чередованием фаз. Типичный пример – перлит. | |
|
Типы субструктур | ||
| Игольчатая | Субструктура (подобная мартенситу), состоящая из мелких, хотя и различимых кристаллов, форма которых игольчатая на плоскости шлифа (заостренные пластинки в пространстве). | |
| Однородная с двойниками | Зерновая структура, в отдельных зернах которой видны двойники – участки кристалла с зеркально повернутой решеткой, ограниченные на плоскости шлифа двумя параллельными границами и часто, но не обязательно, обладающие отличающейся отражательной способностью. | |
| Однородная с линиями сдвига | Зерновая структура, в отдельных зернах которой видны линии (полосы) сдвига с резко повышенной плотностью дислокаций в результате прохождения сдвига при холодной пластической деформации. | |
| Однородная светлая | Субструктура не различается (нет субструктуры) при ее незначительной травимости (или не окрашивается, если используется окрашивающий травитель). | |
| Однородная темная | Субструктура не различается (нет субструктуры) при ее значительной травимости (или окрашивается, если используется окрашивающий травитель). | |
| Островковая | В субструктуре (подобная ледебуриту) различаются отдельные мелкие кристаллы. Обычно такая субструктура характерна для эвтектик. | |
| Полосчатая | В субструктуре (подобная перлиту) различаются отдельные мелкие кристаллы в форме чередующихся пластинок. Обычно такая субструктура характерна для эвтектоидов. | |
|
|
|
