В публикуемом выпуске рассмотрена теория кристаллизации металлических расплавов и фазовых превращений в твердом состоянии; изложены основы металлургической термодинамики, учения о диаграммах состояния и теории диффузии; дан обзор современных металлографических методов исследования; описано влияние примесей на структуру и свойства чистых металлов.
Книга рассчитана на металловедов и физиков, работников заводских лабораторий, а также преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов металлургических и машиностроительных институтов. Она может служить ценным пособием для повышения теоретической подготовки металловедов и металло-физиков, ее можно рекомендовать также аспирантам и студентам при подготовке спецкурсов.
Предисловие
Некоторые из рассматриваемых методик построения диаграмм состояния мало известны. Поэтому обзор таких методик для двойных и тройных систем будет полезен не только студентам и аспирантам, но и исследователям, непосредственно работающим в этой области. Необходимо, однако, отметить, что автор этой главы I*. Рейнор незаслуженно игнорировал метод микротвердости, являющийся одним из основных для построения границ растворимости в твердом состоянии.
В третьей главе кратко рассматриваются законы диффузии и приводятся решения уравнений диффузии для наиболее важных в металловедении случаев. Ее автор П. Шьюмон описывает также механизмы диффузии и диффузию вдоль границ зерен и дислокаций. (Подробнее эти вопросы изложены автором в книге «Диффузия в твердых телах», которую в 1966 г. выпустило в переводе издательство «Металлургия».)
Четвертая глава написана У. Тиллером, оригинальные работы которого по кристаллизации металлов хорошо известны у нас в стране. В этой главе довольно подробно излагается теория гомогенного и гетерогенного зарождения, а также дендритного и ячеистого роста металлических кристаллов. В ней рассматриваются вопросы распределения растворенных элементов в кристалле и возникновения дендритной ликвации и субструктуры при кристаллизации. В заключительной части приводятся примеры того, как прилагается теория кристаллизации для построения диаграмм состояния и анализа особенностей затвердевания слитков. Очень жаль, что автор практически не рассмотрел механизм и кинетику эвтектической кристаллизации, важнейшего процесса, подробно изученного в работах А. А. Бочвара и других исследователей.
Большой интерес для советского читателя должна представить пятая глава, посвященная теории фазовых превращений в твердом состоянии. Она написана Дж. Кристианом — автором фундаментальной монографии 1) на ту же тему. В этой главе содержится подробное и систематическое описание основных видов фазовых превращений: выделения фазы из пересыщенного твердого раствора, эвтектоидного распада, полиморфных превращений и др., причем особенно большое внимание автор уделяет теории мартенсит-ных превращений. Приводится оригинальная классификация всех фазовых превращений в твердом состоянии, рассматриваются теория процессов зарождения и роста, термодинамика, кинетика, атомный механизм и кристаллография этих превращений. Большое внимание уделяется также начальным стадиям превращений, образованию сегрегатов в материнской фазе. Эта
^Christian J. W., The Theory of transformations in Metals and Alloys, Pergamon Press, 1965.
Предисловие
глава дает стройное представление о всей гамме разнообразных фазовых превращений. Необходимо отметить, однако, что не все разделы здесь изложены одинаково доступно.
В шестой главе, имеющей обзорный характер, описываются основные методы современной металлографии: световая, электронная, рентгеновская микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ, а также теория травления шлифов, которая, как правило, в учебниках металлографии отсутствует.
В седьмой главе рассматриваются основные характеристики микроструктур одно- и многофазных сплавов: строение и энергия границ зерен, размер зерен и их форма; кратко обсуждается влияние размера, формы и ориентировки зерен на свойства.
Заключительная глава посвящена методам получения металлов высокой чистоты и их анализа, влиянию примесей на структуру и свойства особо чистых металлов. Эти вопросы в последнее десятилетие приобрели особо важное значение для исследований в области физики металлов и для развития новых областей техники.
В целом материал, вошедший во второй выпуск, весьма полно отражает современное состояние металлографии и теории фазовых превращений.
Глава I переведена инж. Л. Н. Коноваловым и канд. физ.-мат. наук Э. М. Эпштейном, гл. II — канд. техн. наук А. М. Захаровым, гл. III — д-ром хим. наук В. М. Глазовым, гл. IV — канд. физ.-мат. наук С. Н. Гориным, гл. V—канд. физ.-мат. наук С. Н. Гориным и канд. техн. наук Э. И. Эстриным, гл. VI и VIII — канд. техн. наук Г. В. Инденбаум и гл. VII — инж. Г. Л. Орловым.
И. И. Новиков
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ....................... 5
Глава I
Термодинамика в металлургии. П. Дж. Шьюмон........ 9
Введение......................... 9
1. Первый закон термодинамики............. 9
2. Энтропия и второй закон термодинамики....... 11
3. Условия равновесия.................. 13
4. Диаграммы состояния................. 15
5. Химический потенциал................. 17
6. Правило фаз Гиббса.................. 19
7. Энтропия смешения.................. 21
8. Растворимость..................... 25
9. Константа равновесия................. 29
10. Поверхностные эффекты................ 34
Глава II
Диаграммы состояния и методы их построения. Г.В.Рейнор . 38
1. Введение........................ 38
2. Вывод простых типов диаграмм состояния методом гео-
метрической термодинамики.............. 40
2.1. Система с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состоянии...... 40
2.2. Системы с ограниченной взаимной растворимостью компонентов в твердом состоянии......... 45
2.3. Системы с промежуточными фазами....... 51
2.4. Системы с превращениями в твердом состоянии . . 54
3. Тройные системы . . ................. 57
3.1. Метод изображения тройных систем....... 57
3.2. Применение метода геометрической термодинамики
к тройным системам............... 58
4. Правило фаз...................... 67
5. Правила, определяющие строение равновесных диаграмм
. состояния....................... 68
6. Четверные системы.................. 72
7. Построение кривых ликвидуса и солидуса методом термического анализа................... 74
7.1. Построение кривых ликвидуса.......... 74
7.2. Построение кривых солидуса.......... 83
8. Построение кривых ликвидуса методом отстаивания . . 85
9. Построение кривых ликвидуса и солидуса методом отжига
и последующей закалки сплавов........... . 89
10. Применение метода отжига и закалки к исследованию
фазовых равновесий в твердом состоянии....... 91,
10.1. Введение .................... 9Г
10.2. Построение кривых ограниченной растворимости и границ областей гомогенности промежуточных фаз
в твердом состоянии............... 92
10.3. Количественная металлография ......... 96
10.4. Ограничения метода отжига с последующей закалкой ....................... 98
11.' Исследование равновесных диаграмм состояния методами
рентгеновского анализа................ 99
11.1. Введение.................... 99
11.2. Построение границ между фазовыми областями в двойных системах................ 99
11.3. Исследование тройных систем методом количественного рентгеноструктурного анализа....... 103
11.4. Исследование диаграмм состояния с помощью рентгеновского фазового анализа........... 106
11.5. Рентгеновские исследования при высоких температурах .............:....... 107
12. Методы измерения электропроводности......... 108
13. Дилатометрические методы............... 114
14. Другие методы исследования диаграмм состояния . . . 116
14.1. Общие основы.................. 116
14.2. Методы измерения магнитных свойств...... 116
14.3. Методы измерения твердости .......... 118
14.4. Методы измерения термоэлектродвижущей силы . 118
15. Специальные методы исследования диаграмм состояния 119
15.1. Общие замечания................ 119
15.2. Методы исследования, основанные на принципе зонной очистки................. 120
16. Исследование превращений порядок^±беспорядок . .. . . 120
16.1. Общие замечания................ 120
16.2. Методы определения удельной теплоемкости ... 122
16.3. Рентгеновские методы.............. 124
16.4. Методы измерения электропроводности ...... 126
16.5. Термический анализ............... 128
17. Заключение...................... 129
Диффузия. П. Дж. Шьюмон.................. 132
Введение......................... 132
1. Законы диффузии Фика................ 133
2. Решение уравнений диффузии.............. 134
3. Движение атомов и коэффициент диффузии....... 140
4. Расчет частоты перескоков............... 142
5. Вакансионный механизм................ 14^
6. Диффузия в твердых растворах замещения ....... 146
7. Диффузия по границам зерен и дислокациям...... 149
8. Неравновесная концентрация дефектов.......... 152
Глава IV
Затвердевание. У. А. Т и л л е р.....'............ 155
1. Образование зародышей ................ 155
1.1. Гомогенное образование зародышей........ 155
1.2. Гетерогенное образование зародышей....... 158
1.3. Физические эффекты............... 161
2. Атомная кинетика движения межфазовой границы . . . 162
3. Перераспределение примесей при затвердевании .... 164
3.1. Нормальная кристаллизация............ 166
3.2. Зонная плавка.................. 170
3.3. ПЖТ-механизм кристаллизации.......... 175
4. Морфология поверхности раздела кристалл — расплав . 176
4.1. Общие сведения.................. 176
4.2. Слоистая структура поверхности ^ раздела..... 179
4.3. Образование ячеистой структуры.......... 181
4.4. Дендритный рост................. 190
4.5. Эвтектики .................... 193
5. Дефекты........................ 194
5.1. Неоднородности по химическому составу..... 194
5.2. Дислокации.................... 195
5.3. Образование пустот................ 204
5.4. Образование случайных кристаллов........ 206
6. Исследование диаграмм состояния........... 207
7. Затвердевание • слитков................. 214
7.1. Структура..................... 215
7.2. Размер зерна ................... 218
7.3. Ликвация..................... 220
7.4. Образование включений.............. 222-',
Глава V
Фазовые превращения. Дж. У. К р и с т и а н . . . . . . . . . . 227
1. Общий обзор фазовых превращений.......... 227
1.1. Устойчивость исходного состояния......... 227
1.2. Процессы- роста.................. 230
1.3. Межфазные границы: соотношение между решетками соприкасающихся фаз............... 232
2. Процессы зарождения ................. 237
2.1. Классическая теория зарождения......... 237
2.2. Гетерогенное зарождение............. 241
2.3. Временная зависимость скорости образования зародышей...................... 246
2.4. Образование зародышей в процессах выделения . . 248
3. Теория процессов роста................. 255
3.1. Рост, контролируемый атомными процессами на меж-.фазной поверхности раздела............ 255
3.2. Рост, контролируемый диффузией......... 258
3.3. Рост пластинчатых агрегатов (двухфазных Колоний) 264
4. Формальная кинетика процессов зарождения и роста . . 270
4.1. Кривые изотермического превращения ........ 270
4.2. Превращения, характеризующиеся параболическими законами роста.................. 278
4.3. Температурная зависимость кинетики превращений 282
5. Превращение при постоянном составе......... 284
5.1. Полиморфные превращения............ 284
5.2. Массивные превращения.............. 286
5.3. Упорядочение.................... 288
6. Выделение из пересыщенного твердого раствора .... 291
6.1. Непрерывное выделение.............. 293
6.2. Прерывистое выделение.............. 297
6.3. Явления предвыделения и дисперсионное твердение 299
7. Эвтектоидные превращения............... 308
8. Мартенситные превращения................. 311
8.1. Деформация решетки и изменение формы объема, претерпевшего превращение............ 313
8.2. Формальные теории кристаллографии мартенситного превращения................... 319
8.3. Экспериментальные данные о мартенситных превращениях ...................... 323
8.4. Тонкая структура мартенсита......•..... 329
8.5. Проблема образования зародышей при мартенситном превращении................... 333
8.6. Другие превращения с изменением формы..... 338
9. Обозначения, использованные в данной главе ...... 341
Глава VI Элементы металлографии. У. Д. Б и г г с............. 347
1. Приготовление образцов................ 347
1.1. Механическая полировка.............. 347
1.2. Электролитическая полировка........... 348
1.3. Травление .................... 352
2. Световой (оптический) микроскоп............ 355
2.1. Общие замечания................. 355
2.2. Объективы микроскопа.............. 357
2.3. Окуляры микроскопа............... 358
2.4. Отражательный микроскоп ............ 358
3. Специальные виды микроскопии............ 359
3.1. Поляризационная микроскопия.......... 359
3.2. Фазовоконтрастная микроскопия.......... 362
3.3. Темнопольная контрастная микроскопия...... 365
3.4. Двухлучевая интерферометрия........... 367
3.5. Многолучевая интерферометрия.......... 369
3.6. Телевизионный микроскоп............. 374
4. Электронная микроскопия............... 375
4.1. Общая характеристика.............. 375
4.2. Электронная оптика................ 377
4.3. Приготовление образцов.............. 380
5. Рентгеновская микроскопия и микроанализ....... 385
5.1. Общая характеристика.............. 385
5.2. Контактная микрорентгенография......... 386
5.3. Проекционная микрорентгенография........ 387
5.4. Дифракционная микрорентгенография....... 389
5.5. Абсорбционный микроанализ........... 390
5.6. Рентгеновский спектральный микроанализ с помощью электронного зонда............... 391
6. Ионный проектор.................... 396
Глава VII
Микроструктура. Л. X. ВанФлек .............. 402
1. Введение ....................... 402
2. Внутренние границы.................. 402
2.1. Структура границы................ 403
2.2. Энергия границ.................. 405 ;
2.3. Движение границ................. 408 •
3. Однофазные структуры................. 410
3.1. Величина зерна..............., . . 411 '|
3.2. Форма зерен................... 412 |
3.3. Ориентировка зерен................ 413 |
и
Ч
4. многофазные структуры................. «ю
4.1. Размер частиц .................. 414
4.2. Форма частиц .................. 414
4.3. Распределение фаз................ 416
5. Микросегрегация.................... 417
5.1. Сегрегация на границах зерен........... 418
5.2. Поверхностные химические изменения....... 419
6. Зависимость свойств от микроструктуры......... 420
6.1. Структурно нечувствительные свойства....... 420
6.2. Зависимость свойств от размера зерен....... 421
6.3. Зависимость свойств от формы зерна....... 423
6.4. Анизотропия микроструктуры........... 424
6.5. Проводимость многофазных микроструктур..... 427
Глава VIII
Свойства металлов высокой чистоты. О.Димитров, К. Фруа 431
1. Введение ....................... 431
2. Зонная плавка и другие методы очистки........ 432
2.1. Историческая справка............... 432
2.2. Принципы зонной плавки............. 432
2.3. Применение зонной плавки для очистки металлов . . 434
2.4. Примеры при
Цена: 150руб.
