Неограниченной растворимости

Медно-пикелевые электроды в производстве применяют главным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твердости недопустимо. Положительные свойства таких электродов в том, что никель и медь не растворяют углерод и не образуют структур, имеющих высокую твердость после нагрева и быстрого охлаждения. Отбеливание зоны частичного расплавления при небольших ее размерах практически отсутствует, так как медь и никель — элементы-графитизаторы, проникая в этот участок, оказывают положительное действие: в то же время никель и железо обладают неограниченной растворимостью, способствуя надежному сплавлению.

В данном параграфе рассмотрены особенности сварки только технического никеля и сплавов типа монель-металла, которые применяют в основном в химическом машиностроении. Мопель-металл по структуре относится к сплавам типа твердых растворов, так как медь и никель обладают неограниченной растворимостью. Особенности сварки никеля и монель-металла общие.

6. Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии (II рода)...... »»'

С НЕОГРАНИЧЕННОЙ РАСТВОРИМОСТЬЮ

Твердые растворы замещения с неограниченной растворимостью могут образоваться при соблюдении следующих условий:

Кристаллизация отдельных сплавов. Сплавы, расположенные левее точки / (см. рис. 60) и правее точки k, кристаллизуются так же, как и сплавы с неограниченной растворимостью (см. рис. 57, а).

Диаграммы состояния сплавов, образующих твердые растворы с неограниченной растворимостью, в которых одни из компонентов (Л) имеет две модификации /1„ и /1ц, предетавлены на рис. 68, а.

Рис. 72. Политермические сечения тройной диаграммы с неограниченной растворимостью:

В системе Cu-Ni, характеризующейся неограниченной растворимостью в жидком состоянии и расслоением твердого раствора на, двя изоморфных, приложение импульсных нагрузок приводит к образованию только одного твердого раствора без его растворения. Причег расслоение не наблюдается даже в тех случаях когда концентраций: •ко"', тентов в твердом растворе достигает концентраций, при которых наблюдается образование двух фаз. В системе Cu-Fe, Cu-Mo yi -

Твердые растворы замещения могут быть ограниченной и неограниченной растворимости. Так, в алюминии может растворяться до 5,5% меди, в меди - до 39% цинка. Неограниченной растворимостью обладают, например, компоненты систем: Cu-Ni, Cu-Au, Ag-Au, Cu-Pt, Fe-Cr, Fe-Ni-Для образования твердых растворов неограниченной растворимости должны выполняться следующие условия: компоненты должны иметь одинаковые по типу кристаллические решетки; различие в атомных размерах компонентов должно быть незначительным и не превышать 8...15% (например, Ag и Си AR --•-0,2%, Си и Ni AR = 2,7%), компоненты должны принадлежать к одной и той же группе периодической системы или смежной родственной группе и иметь близкое строение валентной оболочки электронов в атомах.

Твердые растворы замещения возникают при полной или частичной замене атомов растворителя в узлах его решетки атомами растворенного элемента. В первом случае образуется твердый раствор с неограниченной растворимостью компонентов (неограниченные твердые растворы), во втором — с ограниченной растворимостью (ограниченные твердые растворы).

Твердые растворы замещения мо-гут быть ограниченные и неограниченные. При неограниченной растворимости любое количество атомов А может быть заменено атомами В. Следовательно, если увеличивается концентрация атомов В, то все больше и больше атомов В будет находиться в узлах решетки вместо атомов А до тех пор, пока все атомы А ,не будут заменены атомами В и, таким образом, как бы плавно совершится переход от металла А к металлу В (рис. 84). Это, конечно, возможно при условии, если оба металла имеют одинаковую кристаллическую структуру, т. е. оба компонента являются изоморфными.

Рис. 84. Кристаллические решетки твердого раствора замещения при неограниченной растворимости компонентов

Перечисленные условия необходимы для образования неограниченных рядов твердых растворов, но в некоторых случаях (например, система Аи—Ag), несмотря на соблюдение этих условий, неограниченной растворимости не наблюдается.

Рис. 57. Диаграмм;: состояния для случая неограниченной растворимости компонентов Л и В (а) и зависимость твердости (1Ш) и литейных свойств (Ур —объем усадочной раковины, ^с — суммарное изменение объема, Vп — пористость) от состава сплава (б)

Твердые растворы замещения неограниченной растворимости с y-Fe образуют Ni и Со, а с a-Fe — лишь Сг и V. При медленном охлаждении эти непрерывные твердые растворы образуют химические соединения FeNi3, FeCo, FeCr и FeV. Между тем Mn, W, Mo, Ti, Mb, Al и Zr образуют с Fe твердые растворы замещения ограниченной растворимости; если же количество легирующих элементов превышает предел их растворимости в Fe, то они образуют с Fe химические соединения. С, В и N образуют с Fe твердые растворы внедрения.

Когда атомные радиусы Fe и легирующих элементов отличаются не более чем на 8%, то образуются твердые растворы замещения неограниченной растворимости.

Легирующие элементы образуют с железом твердые растворы и химические соединения. Твердые растворы замещения неограниченной растворимости непосредственно после затвердевания образуют с железом никель и кобальт и металлы группы платины, а с а-железом -только хром и ванадий. Характерная диаграмма для систем Fe - Cr показана на рис. 21.

Легирующие элементы, атомные радиусы которых отличаются от атомного радиуса железа не более чем на 8%, образуют с железом твердые растворы замещения неограниченной растворимости (см. табл. 2).

Твердые растворы неограниченной растворимости ниобий образует с молибденом, вольфрамом (рис. 39), ванадием, танталом, титаном и цирконием (рис. 40). С хромом, никелем и железом нио-

Молибден образует твердые растворы неограниченной растворимости с фольфрамом, ниобием, ванадием, хромом, уЗ-титаном и танталом. С железом, никелем, алюминием, цирконием и многими другими элементами молибден образует твердые растворы ограниченной растворимости, химические соединения - FeMo, Fe3Mo2, Ni4Mo, NiMo, Ni2Mo, MoAl, МозА1, MoAb, MoAls, ZrMo2 и соответствующие эвтектики.

Твердые растворы замещения могут быть ограниченной и неограниченной растворимости. Так, в алюминии может растворяться до 5,5% меди, в меди - до 39% цинка. Неограниченной растворимостью обладают, например, компоненты систем: Cu-Ni, Cu-Au, Ag-Au, Cu-Pt, Fe-Cr, Fe-Ni-Для образования твердых растворов неограниченной растворимости должны выполняться следующие условия: компоненты должны иметь одинаковые по типу кристаллические решетки; различие в атомных размерах компонентов должно быть незначительным и не превышать 8...15% (например, Ag и Си AR --•-0,2%, Си и Ni AR = 2,7%), компоненты должны принадлежать к одной и той же группе периодической системы или смежной родственной группе и иметь близкое строение валентной оболочки электронов в атомах.