Механизм эвтектической кристаллизации и строение эвтектик

В зависимости от строения на плоскости металлографического шлифа различают несколько видов эвтектик: пластинчатую (рис. 5.9, а), зернистую (рис. 5.9, 6), скелетную (рис. 5.9, в), игольчатую (рис. 5.9, г) и др.

Исследования показали, что в пределах одной эвтектической колонии каждая из фаз является непрерывной. Следовательно, эвтектическая колония — это взаимно проросшие, сильно разветвленные кристаллы разных фаз. Кристалл каждой из фаз, входящих в эвтектику, имеет множество ответвлений, которые, чередуясь в пространстве, дают на металлографическом шлифе (т.е. в произвольном плоском сечении) картину «смеси» этих фаз. По существу, каждая эвтектическая колония представляет собой двухфазный сросток двух сильно разветвленных кристаллов разных фаз (бикристалл).

Каждая эвтектическая колония растет из одного своего центра, и ее зарождение инициирует одна из фаз эвтектики (базовая), вторая фаза зарождается на ней, как на подкладке. Это и есть начало кристаллизации эвтектики. Вторая фаза растет в виде плоского дендрита на базовом кристалле. Базовая фаза является ведущей в этом росте: ее ответвления растут быстрее, а между ними формируются ответвления второй, ведомой фазы. Весь облик эвтектической колонии определяется ведущей фазой.

Форма и размеры ветвей ведущей фазы зависят от ее кристаллохимической природы и условий кристаллизации. С увеличением скорости охлаждения усиливается разветвление ведущей и ведомой фаз, уменьшается толщина ветвей и расстояние между ними, и внутреннее строение эвтектических колоний становится более дисперсным.

Рис. 5.9. Виды эвтектик в зависимости от строения на плоскости металлографического шлифа: пластинчатая (а), зернистая (б), скелетная (в), игольчатая (г).

Эвтектику называют нормальной, если она состоит из хорошо различимых под микроскопом эвтектических колоний и характеризуется регулярным расположением ответвлений второй фазы. Колониальное строение наиболее четко проявляется у пластинчатых (см. рис. 5.9, в) и скелетных (см. рис. 5.9, а) эвтектик. Колониальное строение зернистой эвтектики (см. рис. 5.9, в) выявить труднее, но и оно заметно при соответствующем увеличении: зернышки в центральной части колонии обычно мельче, а на периферии — крупнее.

Эвтектику называют аномальной, если ее колонии не выявляются и вторая фаза располагается нерегулярно, хаотично (рис. 5.9, г). Аномальные эвтектики также состоят из бикристальных колоний, но форма и геометрия ответвлений у кристаллов обеих фаз настолько сложны и нерегулярны, что на металлографическом шлифе такая эвтектике выглядит как беспорядочные «изолированные» включения одной фазы внутри другой, преобладающей, но объему. К аномальным эвтектикам относятся эвтектики в самых распространенных промышленных литейных сплавах — чугунах (системе Fe — С) и силуминах (системе А1 — Si).

Рис. 5.10. Вырожденная эвтектика — прослойки второй фазы эвтектического происхождения вокруг первичных кристаллов

В тех случаях, когда при кристаллизации мало эвтектической жидкости или когда в эвтектике преобладает одна из фаз, колониальное строение эвтектики также не проявляется. Одна из фаз эвтектики может кристаллизоваться на поверхности первичных кристаллов той же фазы, сливаясь с ними, а вторая фаза образует прослойки между первичными кристаллами (рис. 5.10). Прослойки второй фазы эвтектического происхождения вокруг первичных кристаллов называют вырожденной эвтектикой.

Вырожденная эвтектика часто образуется в дои заэвтектических сплавах, близких по составу к точкам максимальной растворимости компонентов в твердом состоянии (см. рис. 5.6, а; точки а и Ь) или может присутствовать в структуре сплавов типа т (см. рис. 5.6, а), образуясь в результате неравновесной кристаллизации.

Рис. 5.11. Диаграмма состояния системы с эвтектикой, состоящей из чистых компонентов

ящей из чистых компонентов А и В (рис. 5.11), принципиально невозможна, так как отсутствие на диаграмме состояния областей граничных аи p-растворов связано с малой взаимной растворимостью компонентов в твердом состоянии, которую нельзя изобразить в принятом масштабе или часто можно пренебречь.

Количественное соотношение фаз в эвтектике не зависит от состава сплава, в котором она кристаллизуется. Во всех дои заэвтектических сплавах (см. рис. 5.6, а) соотношение между а_а- и р_/;-кристаллами в эвтектике при температуре t_e определяется одним и тем же отношением отрезков Ье/ае, которое характерно и для сплава е_{ эвтектического состава.

Диаграмма состояния системы А—В с так называемой «простой» эвтектикой, состо;