Сигма-фазы

σ-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 σ-фаза типа FeCr была обнаружена в железохромистых сплавах как хрупкая составляющая. Она имеет тетрагональную решетку с элементарной ячейкой из 30 атомов, аналогичную решетке урана.

Как для электронных соединений, так и для σ-фаз невозможно установить определенный состав, поэтому существование этих фаз обычно связывают с определенными значениями электронной концентрации. Расчеты электронной концентрации с учетом s- и d-электронов дают 6,5...7,4 электронов/атом в большинстве известных σ-фаз, что позволяет считать эти фазы определенной группой электронных соединений. Установлено также, что σ-фазы образуются элементами при различии атомных радиусов R до 8 % (в системе Со-Мо - до 12 %).

Области существования о-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 σ-фазах двухкомпонентных систем могут легко растворяться атомы других переходных элементов.

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

Выделение σ-фазы происходит при длительных выдержках в интервале температур 500...900 °С и является причиной сильного охрупчивания сталей и сплавов, уменьшает их пластичность и прочность.

Возможно существования σ-фаз в двойных системах d-nepeходных металлов Cr-Fe, Cr--Mn, Cr-Co; V-Mn, V-Fe, V-Co, V-Ni; Mo-Fe, Mo-Co.

Кинетика образования σ-фаз обычно описывается С-образной кривой (рис. 16), положение которой определяется составом сплава и его предысторией (литое или деформированное состояние, режим предварительной термической обработки, напряженное состояние и т. д.).

Вредное действие σ-фаза оказывает на жаропрочные сплавы. Из-за присутствия σ-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 σ-фазы, которые служат источниками зарождения и распространения трещин, ведущих к хрупкому разрушению.

Рис. 16 – Изотермическая диаграмма образования σ–фазы в жаропрочном сплавена никелевой основе:

1 - σ-фаза отсутствует; 2 - σ-фаза выделяется.

Дата добавления: 2014-01-11