Диаграммы равновесия металлических систем

В. Юм-Розери, Дж. Христиан, В. Пирсон

Металлургиздат, 1956 г.

МАГНИТНЫЕ МЕТОДЫ

В тех случаях, когда в сплавах все фазы или некоторые из них ферромагнитны, можно определять границы фаз магнитными методами. Эти методы имеют преимущества при исследованиях некоторых систем и были значительно развиты за последние годы. Однако при истолковании этих результатов нужна большая осторожность, так как нельзя предсказать магнитных свойств фазы, и вообще магнитный метод должен применяться только в комбинации с другими методами.

Для построения диаграммы состояния наиболее полезными магнитными характеристиками являются намагниченность насыщения в больших полях и точка Кюри. Намагниченностью данного образца принято считать магнитный момент, возникающий при внесении образца в магнитное поле и отнесенный к его объему или массе.

Однако для теоретических целей интенсивность намагничивания лучше выражать в магнетонах .Бора на атом. В ферромагнитных материалах при данной температуре с ростом напряженности поля интенсивность намагничивания быстро возрастает до насыщения, после чего она растет очень слабо по линейному закону. Это соответствует равновесию между магнитным полем, стремящимся установить параллельно все магнитные моменты, и тепловой энергией, разрушающей это построение. При желании можно провести измерения при двух или трех различных напряженностях поля и экстраполировать полученные данные до поля, равного нулю, чтобы получить соответствующую данной температуре спонтанную намагниченность. Однако обычно достаточно измерить магнитный момент насыщения в одном постоянном поле большой напряженности. Точкой Кюри называют температуру, при которой в чистом металле или однофазном сплаве исчезает ферромагнетизм; она не связана со структурными превращениями. Эти два свойства зависят только от химического состава и атомно-кристаллической структуры сплава, а не от его предистории или термической обработки за исключением тех случаев, когда они влияют на структуру.

Обычный метод исследования заключается в определении намагниченности насыщения в зависимости от температуры вплоть до температуры, при которой ферромагнетизм исчезает. Если сплав привести отжигом в равновесное состояние, а затем закалить, то данные магнитных измерений дадут сведения о структуре сплава при температуре закалки при условии, что во время измерений не происходит структурных изменений.

Другим методом является снятие кривой σ—Τ(где β—намагниченность насыщения) для данного сплава в условиях, обеспечивающих достижение равновесия при каждой температуре перед снятием показания. В этом случае непосредственно определяется температура фазового превращения данного сплава и метод оказывается аналогичным нанесению кривой электропроводности в зависимости от температуры.

При описании магнитных явлений, связанных с фазовыми превращениями, будет приведено только несколько простейших примеров. Описание последних исследований в этой области можно найти в общем обзоре Стонера .

Кривые намагниченность насыщения — температура

Намагниченность насыщения ферромагнитной фазы уменьшается с повышением температуры. Сначала она уменьшается медленно, затем вблизи точки Кюри очень быстро. При охлаждении от температуры выше точки Кюри происходит обратное превращение без термического гистерезиса. Изменение состава ферромагнитной фазы обычно приводит к изменению намагниченности насыщения при данной температуре и точки Кюри, хотя в исключительных случаях обе эти величины могут оставаться постоянными.

Если растворимое вещество снижает намагниченность насыщения, то при увеличении его содержания в сплаве намагниченность может стать равной нулю и фаза перестает быть ферромагнитной; так бывает в никелемедных сплавах. Однофазный сплав может стать неферромагнитным в результате снижения точки Кюри ниже комнатной температуры, но в этом случае при достаточно низких температурах он, конечно, будет ферромагнитным.

В смеси ферромагнитной и неферромагнитной фаз положение точки Кюри остается постоянным при изменении их количественного соотношения. Намагниченность насыщения такой смеси является линейной функцией количества присутствующей ферромагнитной фазы. Если сплав содержит две ферромагнитные фазы, то должны быть две точки Кюри и кривая σ—Τможет быть получена наложением кривых для двух фаз в том соотношении, в котором они находятся в сплаве.

Рассмотрим применение магнитного метода при построении диаграмм состояния для случая, когда в сплаве присутствуют две фазы: α-фаза — ферромагнитная и β-фаза — неферромагнитная. Если превращение α-β происходит между температурами Т₁и T₂то кривая σ — Τ должна круто падать в этом температурном интервале. Спад кривой вообще в этом случае должен быть более крутым, чем для точки Кюри одной ферромагнитной фазы. Если магнитные измерения производятся очень медленно, так что все время поддерживается состояние равновесия, то температуры Τ1и Τ2укажут положение границ областей и (а - β)/β для данного сплава. Однако обычно этого не бывает, и превращение не происходит при истинных температурах равновесия, так что при охлаждении обратное превращение произойдет при более низких температурах: начнется при Т'₂и закончится при Т1(рис. 164). Это и

дает возможность различить температуру фазового превращения и точку Кюри, так как все фазовые превращения в твердом состоянии практически имеют некоторый температурный гистерезис, в то время как точка Кюри его не имеет.