2.3.5. Абнормальная эвтектика

Эвтектическая кристаллизация в системе А-Б может происходить по иному, абнормальному механизму. Абнормальная кристаллизация эвтектичес-

кого сплава начинается, как и нормальная, с зарождения и роста ведущей фа-

Рис. 14. Диффузионные потоки при абнормальной эвтектиче­ской кристаллизации

зы, например, β – фазы (рис. 14). Затем на её поверхности образуется и растёт вторая α-фаза эвтектики, полностью обволакивая первую сплошным слоем и изолируя ее от жидкости. Таким образом, прямой контакт с жидким раство-ром имеет лишь одна твердая α- фаза, а кристаллы β – фазы находятся в изоляции от жидкости и растут за счет диффузии атомов Б из жидкого раствора через слой α-фазы.

Вследствие нарастания новых слоев, выделяющихся непосредственно из жидкости, обо­лочка α-фазы утолщается. При этом жидкий раствор обогащается компонентом Б, и создается предпосылка для его диффузии через слой α-фазы от жидкости к поверхности β –фазы и для диффу­зии компонента А в противоположном направлении. Движущей силой диффузии является различие химических потенциалов компонентов, обусловленное градиентом концентрации компонентов А и Б на границах β/α и Ж /α в слое α-фазы. Благодаря этому переносу компонентов на поверхности β/α поддерживается возможность перехода α → β, а на поверхности Ж/α — возмож­ность выделения α - фазы из жидкости.

Эти процессы завершаются исчезновением жидкого раствора, и сплав приобретает обычно структуру равноосных кристаллов β -фазы, заключенных в кристаллах α, называемую абнормальной эвтектикой. Абнормального хода эвтектического превращения в сплавах добиваются обычно модифицированием: добавкой в расплав в небольших количествах веществ (модификаторов), которые, расплавляясь, обволакивают частицы первой (ве-дущей) твердой фазы эвтектики, препятствуя её быстрому росту.

Получение абнормальных структур улучшает механические свойства сплавов за счёт измельчения частиц первичных фаз (в неэвтектических по составу сплавах) и эвтектики.

Примерами абнормальной эвтектической кристаллизации являются кристаллизация модифицированных магнием и (или) церием высокопрочных чугунов (система Fe – C) и силуминов (система Al - Si), модифицированных солями натрия и калия, микроструктуры которых приведены в Атласе [3].

2.3.6. Вырожденная эвтектика

При реальных скоростях охлаждения сплавов неэвтектического состава системы А - В (рис.1), сильно удалённых от эвтектической точки (химические составы доэвтектических сплавов близки к точке c, а заэвтектических сплавов - к точке d), после выделения кристаллов первичных фаз α или β, соответст-венно, вблизи температуры t_e количество жидкого раствора оказывается незначительным. Жидкая фаза эвтектического состава располагается в виде небольших островков или тонких плёнок между дендритами первичной фазы. При дальнейшем охлаждении здесь создаются очень благоприятные условия для кристаллизации одной из фаз эвтектики (α + β) на уже имеющихся центрах кристаллизации - частицах первичной фазы. Например, в доэвтектических сплавах α - фаза эвтектики кристаллизуется (наслаивается) на дендритах первичной α – фазы, а β - фаза эвтектики заполняет промежуток между ними. Визуально в микроскопе, эвтектика, как таковая, состоящая из двух фаз, не видна, и поэтому называется вырожденной эвтектикой.

Примером структуры сплава с вырожденной эвтектикой может служить структура малоуглеродистого белого чугуна (рис.15), содержащая много из-

быточного (первичного) аустенита – тёмные дендриты. При кристаллизации

Рис.15. Вырожденная эвтектика в белом доэвтектическом чугуне, × 100

эвтектики (ледебурита), из жидкого раствора эвтектического состава выделя-

ются частицы аустенита, которые наслаиваются на подобные себе по составу и строению дендриты первичного аустенита, и частицы цементита, которые располагаются между дендритами аустенита – светлая составляющая структуры.

.