Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Диаграмма состояния и фазовые составляющие системы хром-кремний

30.05.2019

Изучением природы сплавов хрома с кремнием занимались многочисленные исследователи, начиная с конца прошлого столетия. При этом из-за использования недостаточно чистых материалов, ограниченной номенклатуры и не всегда достаточно прецизионных методов исследования результаты, полученные до тридцатых годов, отличались большим разнообразием, малой надежностью и взаимной противоречивостью. В связи с этим из большого многоообразия описанных ранее силицидов (Cr3Si, Cr2Si, Cr3Si2, Cr5Si3, CrSi, Cr2Si3, CrSi2, Cr2Si7) в настоящее время надежно идентифицированы лишь четыре (Cr3Si, Cr5Si3, CrSi и CrSi2), а также две фазы взаимных растворов компонентов.

Попытки установления диаграммы состояния системы Cr—Si предпринимались неоднократно. По-видимому, впервые эскизный вариант ее был предложен Kypнаковым. На основе результатов термического анализа и измерения микротвердости сплавов, содержащих свыше 23% Si он, в частности, установил существование двух конгруэнтно плавящихся соединений: CrSi (tпл = 1630° С) и CrSi2 (tпл = 1304° С). Более полные данные по рассматриваемому вопросу были сообщены во второй публикации Курнакова. При этом автор использовал термографические и металлографические методы, а также результаты изучения твердости и электропроводности сплавов, содержащих от 2,84 до 81,5% Si. Согласно полученным данным, в системе Cr—Si существуют четыре интерметаллида: Cr3Si, Cr2Si, CrSi и CrSi2, конгруэнтно плавящиеся при 1730, 1608, 1630 и 1500° С соответственно. Далее автором отмечается, что эти силициды образуют друг с другом и с компонентами пять эвтектик, температуры плавления которых меняются с ростом содержания кремния в следующем порядке: 1515, 1550, 1400, 1445, и 1304° С. Следует заметить, что сведения о существовании Cr2Si в известной мере носили предположительный характер, поскольку координаты сингулярных точек на кривой ликвидуса, а также на изотермах твердости и температурного коэффициента электропроводности друг с другом не совпадали. Именно в связи с этим не отрицалась возможность образования также и силицида Cr3Si2.

В последующем диаграмма состояния системы Cr—Si изучалась Киффером, Бенезовским и Шротом. В этой работе использовались препараты, полученные горячим прессованием соответствующих компонентов, в ряде случаев в графитовых гильзах. На основании результатов металлографических, рентгеновских, термических и денситометрических исследований авторы построили новый вариант диаграммы плавкости. В нем предусматривалось наличие в системе Cr—Si трех конгруэнтно плавящихся соединений: Cr3Si (tпл = 1710° С); CrSi (tпл = 1545°С) и CrSi2 (tпл = 1570° С), а также одного инконгруэнтно плавящегося — Cr3Si2 (tпл = 1570°С). При этом предполагается, что последнее соединение обладает достаточно широкой концентрационной областью гомогенности, распространяющейся вплоть до состава, соответствующего формуле Cr2Si. Кроме того, следуя за Бореном, авторы полагают, что растворимость кремния в хроме при эвтектической температуре составляет всего около 1%. Наконец, отмечается, что в системе Cr—Si образуются четыре эвтектики: Cr, Cr3Si (tпл = 1550° С); Cr3Si, CrSi (tпл = 1500° С), CrSi, CrSi2 (tпл = 1430° С) и CrSi2, Si (tпл = 1330°С). При этом в последней содержится около 73% Si.

Следует заметить, что перечисленные выше работы обладали рядом общих недостатков, делавших полученные в них результаты не всегда в должной мере надежными. Прежде всего при обработке экспериментальных данных их авторы исходили из предположения о том, что промежуточный между Cr3Si и CrSi силицид имеет формулу Cr2Si (или Cr3Si2). Между тем, в более поздних структурных исследованиях было показано, что ему следует приписать формулу Cr5Si3. Кроме того, в цитированных работах использовались недостаточно чистые компоненты и препараты (содержащие до 2% примесей), что ставило под сомнение надежность количественных характеристик диаграммы состояния.

Правда, в работе Гольдшидта и Бранда была предложена модернизированная диаграмма состояния, в которой, следуя за исследованиями, предполагалось, что в системе Cr—Si присутствуют четыре силицида: Cr3Si, Cr5Si3, CrSi и CrSi2. Однако условия плавкости этих соединений авторы не изучали, а приводимые ими данные о концентрационных границах их устойчивости (при 1000°С) вызывают большие сомнения.

В связи с этим большой интерес представляет исследование Свечникова, Кочержинского и Юпко, использовавших около ста достаточно чистых и хорошо гомогенизированных сплавов хрома с кремнием. Основываясь па результатах термографических и металлографических исследований, авторы предложили свой вариант диаграммы состояния, приведенный на рис. 17. Согласно ему, из четырех силицидов хрома три плавятся конгруэнтно: Cr3Si (tпл = 1770° С), Cr5Si3 (tпл = 1720° С) и CrSi2 (tпл = 1475°С), в то время как моносилицид образуется по перитектической реакции (tпл = 1475° С). Кроме того, авторы подробно изучили растворимость кремния в твердом хроме и концентрационные пределы однофазного существования силицидов.
Диаграмма состояния и фазовые составляющие системы хром-кремний

В дальнейшем исследование диаграммы состояния системы хром — кремний выполнялось также методами рентгеновской металлографии, дифференциального термического анализа и оптической пирометрии. В этой работе в основном подтвержден вариант диаграммы, предложенный Свечниковым и соавторами, однако температуры большинства изотермических реакций найдены существенно иными. В частности, для эвтектических реакций установлено:

Температуры конгруэнтного плавления трех промежуточных фаз Cr3Si, Cr5Si3 и CrSi2 соответственно равны 1770±10, 1680±20, 1490±20°С, а температура перитектического образования CrSi из Cr5Si3 и жидкости [51 % (ат.) Si] составляет 1413±5°С. Кроме того, в работе установлено, что силицид Cr5Si3 испытывает фазовое превращение при температуре 1505±20°С.

Заметная разница между количественными результатами работ и требует, по-видимому, осуществления новых определений температур фазовых равновесий.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: