Тройные металлические фазы в сплавах
Вульф Б.К.
Металлургия, 1964 г.
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТРОЙНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Теория тройных систем разработана в ряде трудов [5—12] и подробно изложена в обобщенных монографиях [4, 13—15].
Экспериментальное исследование диаграмм состояния тройных металлических сплавов развивалось преимущественно по пути изучения практически важных систем. К их числу относятся, например, тройные диаграммы состояния Аl — Сu — Mg, Al — Mg — Ζn, Αl — Сu — Fe, Αl — Сu — Ni, Αl — Сu — Μn, Al — Сu — Ζn, Al — Mg —Μn, Al — Mg—Si и др., представляющие теоретическую основу изучения многих промышленных сплавов на основе алюминия и магния.
В последнее время в связи с разработкой жаропрочных магниевых сплавов приобрели значение исследования тройных систем, содержащих, кроме магния, такие элементы, как торий, цирконий, церий, кальций, неодим и т. п.
Весьма интенсивно продолжают изучать тройные системы, включающие титан. Особенно интересными в практическом отношении являются тройные диаграммы, содержащие, кроме титана, алюминий, марганец, хром, ниобий, ванадий, молибден, железо, кремний, бор и ряд других элементов, вводимых в промышленные титановые сплавы.
Теоретической основой многих медных сплавов — латуней и бронз — служат системы Сu — Zn — Ni, Сu—Sn — Ζn, Сu — Ζn — Pb, Сu — Sn—Pb и некоторые из отмеченных выше, с участием меди и алюминия.
Для разработки нержавеющих сталей, а также жаропрочных сплавов на никелевой и кобальтовой основе важнейшее значение имеют исследования тройных систем Fe — Ni — Cr, Fe — Μn — Cr, Ni — Cr — Ti, Ni — Cr — Al, Ni — Cr — Mo, Co — Cr — Mo и ряда других.
Создание новых сверхжаропрочных сплавов на основе тугоплавких металлов — хрома, ниобия, тантала, молибдена, вольфрама и рения — также привело к значительному усилению экспериментальных работ в области построения соответствующих тройных диаграмм состояния. В связи с этой проблемой следует отметить важность изучения тройных карбидных систем
(Co —W —С, Fe —Сг —С, Fe —Mo —С, Ni— Mo, — С), а также тройных систем, содержащих, помимо тугоплавких металлов, кремний, азот или бор.
Интерес к тройным системам продолжает усиливаться. Из работ последних лет следует отметить, например, исследования систем на основе урана, тория, титана, циркония, бериллия и других металлов. Этот интерес вполне оправдан теми практическими целями, которые преследуются при разработке новых сплавов на основе указанных металлов, используемых в современной технике.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТРОЙНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ФАЗ
Анализ имеющихся в настоящее время экспериментальных данных показывает, что тройные диаграммы состояния металлических систем отличаются в большинстве случаев значительной сложностью строения. Присутствующие в них тройные фазы различаются по составу, кристаллическим решеткам, условиям образования, устойчивости и свойствам.
Примером сложности строения тройных сплавов может служить система Аl— Сu — Mg, по которой опубликовано около 100 работ и в которой различными авторами отмечается существование около 20 различных самостоятельных тройных металлических фаз. Эта диаграмма, согласно исследованиям Уразова и Миргаловской [63], приведена на рис. 12. По данным этих авторов в системе имеется всего 5 самостоятельных тройных фаз (S, V, Q, T и U).
Отдельные тройные фазы являлись объектами всесторонних исследований и изучены довольно детально, например фаза S в системе А1 — Сu — Mg [64], фаза Τ в системе Al — Mg — Ζn [65], многочисленные фазы, содержащие элементы пятой группы периодической системы Менделеева, например CuMgBi [66] и др.
Ряд работ в той или иной мере касается вопросов классификации тройных фаз. При этом сходство фаз рассматривается с точки зрения различных факторов, например химических свойств элементов, размеров атомных (или ионных) радиусов, электронной концентрации, кристаллической структуры, физико-химических свойств и др.
В обзорной статье [71], посвященной тройным металлическим соединениям, последние условно разделяются на следующие группы:
1. Тройные фазы на основе соединений Курнакова.
2. Тройные валентные металлические соединения.
3. Тройные электронные металлические соединения.
4. Тройные фазы Лавеса.
5. Тройные никель-арсенидные фазы.
6. Тройные фазы внедрения.
Условность этой классификации выражается в том, что отдельные тройные металлические соединения не всегда могут быть отнесены только к одной из перечисленных групп.
В работе [72] дана сравнительно полная классификация тройных металлических соединений по их кристаллическому строению с подробным описанием структурных типов и приведением числовых параметров решеток.
Для двойных тугоплавких соединений Самсонов [73] недавно предложил новый принцип классификации, основанный на различном характере химической связи между атомами, зависящей от их акцепторной способности и ионизационных потенциалов. По этой классификации соединения делятся на три основных класса.
1. Соединения металлов с неметаллами (бориды, карбиды, нитриды, окислы, силициды, фосфиды и сульфиды); их предложено называть металлоподобными. Такие соединения образуются только переходными металлами, в которых имеются или могут возникнуть связи за счет электронов недостроенных d- и f -электронных уровней.
2. Взаимные соединения неметаллов (например, карбид бора, карбид кремния и др.).
3. Взаимные соединения металлов (интерметаллиды).
Эта классификация, облегчающая установление зависимости между составом и свойствами, очевидно, может быть в известной мере распространена и на тройные соединения.