2. Сигма-фазы

Сг-фазы и родственные им соединения образуются переход­ными металлами и имеют тетрагональные или сложные ромбоэдрические элементарные ячейки, структура которых характеризуется наличием плотноупакованных слоев ато­мов, смещенных по отношению друг к другу и расположен­ных на относительно больших расстояниях. Такие фазы и родственные им соединения иногда называют топологиче­ски плотноупакованными.

Впервые а-фаза типа FeCr была обнаружена в желе – зохромистых сплавах как хрупкая составляющая. Она име­ет тетрагональную решетку с элементарной ячейкой из 30 атомов, аналогичную решетке урана.

Как для электронных соединений, так и для сг-фаз не­возможно установить определенный состав, поэтому суще­ствование этих фаз обычно связывают с определенными значениями электронной концентрации. Расчеты электрон-

Таблица 2. Характеристика а-фаз некоторых систем (по данным разных авторов)

Система

Концентрация элементов, %

Число элект­ронов/число атомов

RA1rB

С/А

Fe-Cr

51,0—56,5 Cr

7,0/7,1

1,01

1,462

Fe-V

35,0—57,0 V

6,9/7,3

1,06

1,453

Fe-Mo

47,0—50, OMo

7,0/7,1

Fe-Cr-Mo

40 Fe—40 Cr—

1,458

20 Mo

Mn-Cr

19—24 Cr

6-,78/6,84

0,98

Co-V

40—54 V

6,8/7,4

1,08

1,455

Co-Mo

59—61 Mo

7,17/7,23

1,12

Co-Cr

56—61 Cr

7,2/7,3

1,02

Ni-V

55—65 V

6,7/7,2

1,08

1,465

Ной концентрации с учетом s – и d-электронов дают 6,5— 7,4 электронов/атом в большинстве известных а-фаз (табл. 2), что позволяет считать эти фазы определенной группой электронных соединений. Установлено также, что а-фазы образуются элементами при различии атомных ра­диусов R до 8 % (в системе Со—Mo—до 12 %).

Области существования а-фаз по концентрации и по температурам зависят от положения элементов в периоди­ческой системе Д. И. Менделеева: в системе Fe—Mo до 1400 °С, в Fe-Cr до 820 °С, выше которых они растворя­ются в твердом растворе. В а-фазах двухкомпонентных систем могут легко растворяться атомы других переход­ных элементов.

В промышленных сталях и сплавах встречаются как а-фазы относительно простого состава (например, в ста­лях типа Х25 а-фаза типа FeCr), так и сложнолегирован – ные композиции (например, в дисперсионно-твердеющих сложнолегированных сталях а-фазы, содержащие Fe, Cr, Mo, Ni). В жаропрочных сплавах на никелевой основе а-фазы имеют состав (Cr, Mo)*(Ni, Co)j„ где х и у могут изменяться от 1 до 7.

Выделение а-фазы происходит при длительных выдерж­ках в интервале температур 500—900 0C и является при­чиной сильного охрупчивания сталей и сплавов, уменьшает их пластичность и прочность.

Возможность существования а-фаз в двойных системах ^-переходных металлов, по данным Д. Блума и Н. Гран­та, следующая: Cr—Fe, Cr—Mn, Cr—Со; V—Mn, V—Fe, V—Co, V—Ni; Mo—Fe, Mo—Со.

Кинетика образования сг-фаз обычно описывается С-об- разной кривой (рис. 34), положение которой определяется составом сплава и его предысторией (литое или деформи­рованное состояние, режим предварительной термической обработки, напряженное состояние и т. д.).

Вредное действие cr-фаза оказывает на жаропрочные сплавы. Из-за присутствия сг-фазы резко снижается дли­тельная прочность, так как большие количества тугоплав­ких элементов-упрочнителей выводятся из матрицы сплава. Кроме того, разрушение при повышенных температурах происходит предпочтительно вдоль границ сг-фазы, которые служат источниками зарожде­ния и распространения трещин, ведущих к хрупкому разруше­нию.

/ — а-фаза отсутствует; 2 — а-фаза выделяется

Кроме а:фазы, в сталях и сплавах обнаружено много других подобных сложных фаз, существование которых также определяется в основном элек­тронной концентрацией, т. е. отношением числа валентных электронов к числу атомов в ячейке. К ним относятся: ц-, P – и ^-фазы. Указанные фазы были обнаружены во многих сложнолегированных сталях и сплавах. Во всех слу­чаях присутстйие их в структуре вредно сказывается на свойствах сплавов, поэтому при разработке новых сплавов проводят специальные исследования, чтобы исключить (или по крайней мере резко ограничить) возможность их обра– зования в процессе производства или эксплуатации.