Раскройте применение диаграмм состояния двойных сплавов кратко

Обновлено: 02.07.2024

пятница, 9 марта 2012 г.

Диаграммы состояния двойных сплавов

Диаграмма состояния представляет собой графическую зависимость между фазовым составом, температурой и концентрацией составляющих сплав компонентов. Она позволяет определять температуры плавления и затвердевания, структуры сплавов при разных температурах в условиях равновесия и те процессы, которые претерпевают сплавы при охлаждении и нагревании. По вертикальной оси диаграммы откладывают температуру, по горизонтальной — концентрацию компонентов в сплаве.
Диаграммы состояния металлических сплавов строят на основании изучения их методами термического, микроскопческого, рентгеноструктурного анализа. Термический анализ является основным методом для определения температур начала и конца затвердевания сплавов и превращений, происходящих в твердом состоянии. Этот метод позволяет проследить изменения температуры охлаждаемого сплава во времени.
При помощи термопары через определенные промежутки времени отмечают наблюдаемую температуру сплава. На основании полученных данных строят кривые охлаждения и нагревания в координатах температура — время и по перегибам и остановкам на них, вызванным-тепловым эффектом превращения, определяют температуры превращения — критические точки.
По диаграммам состояния можно установить связь структуры сплава с его механическими и технологическими свойствами, а также назначить режим термической обработки и температурный интервал проведения горячей обработки металлов давлением.
В качестве примера рассмотрим диаграмму состояния первого типа, характеризующую такие сплавы, компоненты которых в жидком состоянии полностью взаимно растворимы, а в твердом — нерастворимы и при этом образуют механические смеси.

В процессе охлаждения (нагревания) или при изменении концентрации какого-либо компонента в сплавах происходят фазовые и структурные изменения. Эти изменения можно проследить с помощью диаграмм состояния, представляющих графическое изображение состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации. Фазовые диаграммы строятся для равновесного состояния с минимумом свободной энергии системы, которое достигается при достаточно медленном охлаждении (или нагревании), что на практике трудно реализовать. При быстром охлаждении (нагреве) система может остановиться на промежуточном (метастабильном) уровне. Структура неустойчива и при соответствующих условиях может вернуться в равновесное состояние. Диаграммы состояния позволяют прогнозировать фазовые и структурные изменения в сплавах и в метастабильном состоянии. Закономерности сосуществования равновесных фаз определяются правилом фаз:

c = k – f + 2 ,

где k – число компонентов, f – число фаз, c – число степеней свободы (вариантность системы), т. е. число внутренних и внешних факторов (температура, давление, концентрация), которые можно изменять без изменения количества фаз в системе. При c = 1 возможно изменение одного из факторов в некоторых пределах, без изменения числа фаз. При c = 0 внешние факторы нельзя изменить без изменения числа фаз. Если превращения происходят при постоянном давлении, то число переменных уменьшается, (единица учитывает изменение температуры):

c = k – f + 1.

Изменяя соотношение компонентов, получают сплавы, имеющие свою структуру и свойства, температуру плавления и затвердения.

Диаграмма состояния сплавов с полной нерастворимостью компонентов в твердом состоянии (диаграмма I рода)

Сначала получают термические кривые охлаждения сплавов. Соединив точки начала и конца кристаллизации сплавов (рис. 2.3), получают диаграмму состояния (рис. 2.4). Линия на диаграмме, выше которой сплавы находятся только в жидком состоянии, называется ликвидус – геометрическое место точек температур начала кристаллизации (Т_н). Линия солидус – геометрическое место точек температур конца кристаллизации (Т_к). Ниже сплавы находятся только в твердом состоянии. Строение сплавов механической смеси компонентов показано на рис. 2.5.

Анализ диаграммы состояния. Количество компонентов k = 2: химические элементы А, B. Число фаз f = 3: кристаллы А и B, жидкая фаза Ж. Линия солидус MN параллельна оси концентраций. Ветви ликвидуса ОC и CР пересекаются в точке эвтектики C, состав сплава, соответствующий этой точке, называют эвтектическим.

Сплавы системы.

Чистые компоненты и эвтектический сплав Э кристаллизуются при постоянной температуре (точки О, P и C на диаграмме). Эвтектический сплав соответствует концентрации компонентов А и B в точке C. Механическая смесь двух кристаллов, одновременно кристаллизующихся из жидкости при самой низкой и постоянной температуре, называется эвтектикой: Э = А + B (рис. 2.5,б). Линия, на которой в сплавах образуется эвтектика, – линия эвтектического превращения.

Кристаллизация доэвтектических сплавов начинается на линии ликвидуса с образования зародышей кристаллов А. По мере их роста жидкая фаза обедняется компонентом А. При охлаждении до температуры, соответствующей линии диаграммы MN, состав жидкой фазы изменяется по ветви ликвидуса OC до эвтектического. На линии MC происходит одновременная кристаллизация компонентов А и B (эвтектики). Структура сплава: кристаллы А+Э (рис. 2.5,а). Кристаллизация заэвтектических сплавов подобна кристаллизации доэвтектических. Структура: кристаллы В+Э (рис. 2.5,в).

Число фаз и их концентрацию в любой точке двухфазной области диаграммы можно определить, используя правило отрезков.

При охлаждении сплава I на линии CP (рис. 2.4) образуются кристаллы компонента В. Состав жидкости изменяется (обогащается компонентом А), достигая эвтектической концентрации на линии CN.

1. Чтобы определить процентное соотношение компонентов A и B в сплаве I в точке Е (рис. 2.4), необходимо через эту точку опустить перпендикуляр на основную ось концентраций. Проекция точки Е – точка Е₁. Отрезок АВ определяет общее количество сплава (100 %), отрезок АЕ₁ – количество компонента В (85 %), отрезок Е₁В – количество компонента А (15 %). Сплав I в точке Е имеет двухфазную структуру: жидкая фаза Ж и кристаллы чистого компонента В.

2. Чтобы определить количество фаз в точке Е, необходимо через эту точку провести изотермическую линию (коноду). Первые точки пересечения конноды с линиями диаграммы (D и F) определяют присутствующие фазы. Количественная масса фаз обратно пропорциональна отрезкам проведенной конноды.

Общее количество сплава Q = Q_ж + Q_тв определяется отрезком DF (принимается за 100 %). Количество твердой фазы Q_тв – отрезок DЕ, прилегающий к линии ликвидус (40 %). Количество жидкой фазы Q _ж – отрезок ЕF, прилегающий к оси ординат (60 %).

Для проверки количественного соотношения фаз необходимо понизить температуру сплава. Точка Е опускается до точки Е ¢. Соотношение отрезков изменяется. Количество всего сплава определяет отрезок D¢F¢ (принимается за 100 %), количество твердой фазы – отрезок D¢Е¢ (55 %), жидкой – отрезок ЕF (45 %). В процессе кристаллизации количество твердой фазы увеличивается, жидкой – уменьшается.

3. Для определения состава фаз при температуре, соответствующей точке Е, из точек пересечения коноды с линиями диаграммы D и F опускаются перпендикуляры на основную ось концентраций.

Проекция точки D точка D₁ покажет состав жидкой фазы Ж. Отрезок АВ – 100 %, отрезок АD₁ – 70 % компонента В, отрезок D₁B – 30 % компонента А. Состав жидкости: Ж = 70 % В + 30 % А.

Проекция точки F точка F₁ покажет состав твердой фазы. Точка F₁ на диаграмме совпадает с точкой В, которая соответствует чистому компоненту В – 100 %, при этом количество компонента А – 0 %. Состав твердой фазы сплава: 100 % В + 0 % А.

Для сплавов механических смесей компонентов характерна ликвация (химическая неоднородность). При медленном процессе кристаллизации в нижней части слитка преобладают кристаллы с большим удельным весом. Чтобы предотвратить ликвацию применяют ускоренное охлаждение слитка, механическое перемешивание, вибрацию и т. д. Примеры сплавов с полной нерастворимостью компонентов – Al–Si, Pb–Sb.

Диаграмма состояния сплавов с полной растворимостью компонентов в твердом состоянии (диаграммаII рода)

Количество компонентов k = 2 (химические элементы А, В). Число фаз f = 2 (кристаллы a-твердого раствора, жидкая фаза). Линия АаВ – ликвидус, АбВ – солидус.

Сплавы системы. Чистые компоненты кристаллизуются при постоянных температурах. Кристаллизация любого сплава начинается на линии ликвидуса (рис. 2.6, точка а) с образования зародыша a-твердого раствора, обогащенного тугоплавким компонентом В. При понижении температуры до точки (б) количество жидкой фазы уменьшается, твердой – увеличивается. За счет процессов диффузии состав этих фаз постоянно изменяется. Периферийная часть растущего зерна обогащена легкоплавким компонентом А, а центральная компонентом В, что приводит к внутрикристаллической (дендритной) ликвации. Кристаллизация заканчивается в точке (б) на линии солидус. Строение сплавов с полной растворимостью компонентов показано на рис. 2.7. Примеры сплавов – системы Cu–Ni, W–Nb, V–Mo.

Число фаз и их соотношение. Через выбранную точку (m) проводят изотерму (коноду) до пересечения с линиями диаграммы ликвидус и солидус. Состав жидкой (твердой) фаз определяется проекциями точек пересечения изотермы с линией ликвидус (солидус) на ось концентрации. Состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса, твердой – по линии солидуса. С понижением температуры состав фаз изменяется в сторону уменьшения содержания компонента В и увеличения содержания компонента А.

Соотношение жидкой и твердой фаз. Количественная масса фаз обратно пропорциональна отрезкам проведенной коноды. Количество всего сплава (Q) определяет отрезок (pq),твердой фазы (Q_тв) – отрезок (mp), прилегающий к линии ликвидус, жидкой (Q_ж) – отрезок (mq), прилегающий к линии солидус:

Неравновесная кристаллизация. Линия (Вn'nq'б') на рис. 2.6 – линия неравновесного солидуса. При неравновесной кристаллизации, при температуре соответствующей точке n',будут выделяться кристаллы a-твердого раствора. Состав твердой фазы будет соответствовать точке n', лежащей на линии равновесного солидуса. При температуре, соответствующей точке n,концентрациякристаллов a-твердого раствора отличается от равновесной. В сплаве содержится некоторое количество жидкой фазы: Q¢_ж . При неравновесной кристаллизации сплавы затвердевают ниже равновесной температуры затвердевания.

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (диаграмма III рода)характеризует систему сплавов, образующих твердые растворы в ограниченной области составов, за пределами которой образуется механическая смесь из кристаллов твердых растворов. Диаграмма состояния представляет собой комбинацию первых двух типов диаграмм.

Диаграмма состояния сплавов с эвтектическим превращением встречается в составе сложных диаграмм распространенных промышленных сплавов (Fe–C, Al–Cu).

Количество компонентов k = 2 (А и B). Число фаз f = 3: жидкая фаза и кристаллы a- и b-твердых растворов. Линии и точки диаграммы. Линия ликвидус – GCH, солидус – GEDH. Точки E и N указывают предельную постоянную растворимость a-твердого раствора, точки D и F – предельную переменную растворимость b-раствора.

Сплавы системы

Компоненты А и B образуют твердые растворы слева от линии EN (a-раствор) и справа от линии DF (b-раствор). Процесс аналогичен тому, который происходит в сплавах с диаграммой состояния II рода.

Выше линии солидус в областях диаграммы GEC и CDH все сплавы имеют двухфазную структуру: (a+Ж) и (b+Ж).

Точка С – эвтектическая точка. Линия EСD – линия, в пределах которой протекает эвтектическое превращение аналогично тому, как это имеет место на диаграммах состояния I рода. Отличие в том, что в данном случае эвтектика состоит механической смеси a- и b-твердых растворов, а не механической смеси кристаллов А и B.

Кристаллизация доэвтектических сплавов (между точками С и Е) начинается с выделения кристаллов a-твердого раствора и заканчивается эвтектической реакцией: a+Ж®a+Э(a+b).

Кристаллизация заэвтектических сплавов (между точками С и D) начинается с выделения b-твердого раствора. На линии CD идет эвтектическая реакция: b+Ж®b+Э(a+b). При охлаждении сплавов от эвтектической температуры предельная растворимость атомов компонента А в решетке компонента B падает, b-твердый раствор пересыщен компонентом А. Чтобы система пришла в равновесие, излишек атомов А из b-раствора должен выделиться. Чистые компоненты не могут существовать в виде отдельной фазы. Образуется a-твердый раствор, который в b-твердом растворе располагается в виде мелкодисперсных включений. Избыточные кристаллы, выделяющиеся не из жидкости, а из твердого раствора, обозначаются a_II (вторичные a-кристаллы). Выделение новой фазы – вторичная кристаллизация.

Диаграмма состояния сплавов с устойчивым химическим соединением компонентов (диаграмма IV рода).

Компоненты сплава при определенном соотношении вступают в реакцию и образуют химическое соединение типа А_mB_n с собственной кристаллической решеткой (рис. 2.9). На диаграмме появляется вертикальная линия. Точка С соответствует температуре плавления химического соединения. Если А_mB_n обозначить как компонент С, то вертикальная линия разбивает диаграмму на две части. Левая часть – диаграмма с полной нерастворимостью компонентов, правая – с ограниченной растворимостью компонента С в решетке В, в которой b-фаза является твердым раствором химического соединения в решетке компонента В.

Диаграмма состояния сплавов с полиморфным превращением компонентов. Полиморфные превращения – превращения в твердом состоянии одного типа кристаллической решетки компонента в другой при изменении температуры или давления. На диаграмме полиморфные превращения проявляются в виде системы линий ниже линии солидус.

На рис. 2.10,а показана диаграмма состояния, когда оба компонента обладают полиморфизмом. Компонент А кристаллизуется с образованием a-решетки при температуре А_a, которая при температуре А_b меняется на b-решетку. Аналогичное превращение происходит с компонентом В. На рис. 2.10,б приведена диаграмма состояния для сплава, в которой только компонент А обладает полиморфизмом.

Низкотемпературные фазы на диаграммах выделяются из твердого раствора, но закономерности формирования структуры сплава те же, что и при кристаллизации из жидкости. Зародыши новой фазы образуются и растут до полного завершения фазового превращения. Механическая смесь, состоящая из одновременно выделяющихся из a-твердого раствора в точке Д кристаллов b- и g-твердых растворов (рис. 2.10,в), называется эвтектоидом.

Правила Курнакова Н.С. Если известны свойства чистых компонентов и вид диаграммы состояния для этой системы сплавов, то можно предсказать свойства любого сплава данной системы (см. рис. 2.11).

1. В твердых растворах с неограниченной растворимостью свойства сплавов изменяются по криволинейной зависимости. Механические и электрические свойства будут значительно отличаться от свойств чистых компонентов.

2. Свойства механических смесей изменяются по линейному закону. Значения характеристик свойств каждого сплава находятся в интервале между характеристиками чистых компонентов.

3. В твердых растворах с ограниченной растворимостью в интервале концентраций, отвечающих однофазным твердым растворам, свойства изменяются по криволинейному закону, в двухфазной области – по линейному закону. Крайние точки отражают свойства чистых фаз, предельно насыщенных твердых растворов, образующих данную смесь.

4. При образовании химических соединений точка концентрации компонентов соответствующих химическому соединению отвечает максимуму на кривой.

Диаграммы состояния двойных сплавов и характер изменения свойств в зависимости от состава сплавов

Характер изменения диаграммы состояния двойного сплава и его свойства в зависимости от состава сплава Диаграмма состояния представляет собой график координат состав сплава-температура, отражающий продукты, образующиеся в результате взаимодействия компонентов сплава при термодинамическом равновесии при различных температурах. Эти продукты представляют собой вещества, имеющие определенную температуру и состав, определенное агрегатное состояние, определенную природу строения и четко определенные свойства.

Они называются стадиями. Кроме того, фазой считается определенная часть системы, образованная компонентами сплава, которая имеет одинаковый состав, структуру и свойства во всех ее точках. Жидкая фаза представляет собой раствор расплавленных компонентов. Твердая фаза-это частица, имеющая определенную форму, размер, состав, специфическую структуру и свойства. Твердую фазу можно наблюдать под микроскопом. Это могут быть твердые растворы, химические соединения, а также частицы чистых компонентов, которые не образуются вместе с другими компонентами или твердыми растворами или соединениями.

Некоторые области состоят только из одной фазы с различным составом, структурой и свойствами, некоторые могут состоять из двух фаз. Анализируя диаграммы состояния, можно видеть, что характер их изменения зависит от специфических свойств и состава сплавов данной системы составляющих элементов, а также условий проведения термической обработки сплава и ее осуществления. Диаграмма состояния содержит необходимую информацию для создания и обработки сплавов различного назначения. Ниже описаны четыре основных типа (типа) диаграмм состояний. Мне нравятся диаграммы состояния. П Р А В И Л О Т Р Е З К О В. На этом рисунке показан сплав, в котором компоненты образуют смесь практически чистых частиц, обладающих незначительной взаимной растворимостью(рис. 3.2).

На горизонтальной оси, доля компонента в в сплаве выпадает в осадок. Фазовая структура сплава на рисунке зависит от температуры. Вследствие термодинамических эффектов компонентов температура их перехода в жидкое состояние снижается, достигая определенного минимума в составе, определенном для каждой пары компонентов(рис. 3.2, Точка С). Состав сплава можно определить, проецируя точку С на абсциссу (точку е). Двухкомпонентные сплавы, которые плавятся при минимальных температурах, называются эвтектическими или эвтектическими. 61t,°с Рис 3.2. Фазовая диаграмма схемы типа (А) и структуры (Б) эвтектики представляет собой равномерное смешение совместно кристаллизованных мелких частиц обоих компонентов. Температура, при которой оба компонента плавятся или кристаллизуются одновременно, называется эвтектической температурой t3.

По мере снижения температуры и приближения/e состав некристаллической фазы приближается к эвтектическому B3(рис. 3.2, Точка С). В то же время, чем больше сплав отличается по составу от эвтектики, тем ниже его жидкофазная точка, тем больше эвтектика затвердевает. Количественные изменения в сплаве этой системы компонентов в процессе кристаллизации(относительно их доли в составе твердой и жидкой фаз и удельной массы сплава) зависят от правила сегмента. Это правило используется в Примере отверждения сплава 1(Рис. 3.2). Предположим, вас интересует состав и количество фаз при любой взятой температуре, соответствующей ее изотерме.

При этой температуре состав жидкой фазы всех трансформаторных эвтектических сплавов, содержащих сплав 7, одинаков, равен значению/. Людмила Фирмаль

Поэтому в процессе кристаллизации сплава состав жидкой фазы изменяется от исходного к эвтектическому по линии Ликвидуса. Масса твердой фазы при заданной температуре определяется величиной сегмента / / и жидкого сегмента ts. Если масса сплава в целом Q выражается через Is, то относительную долю твердой QB и жидкой фазы можно представить как Qjq=it Ils и=ts/ls. Используя эти формулы, можно рассчитать абсолютную массовую долю каждой фазы при любой температуре. В зависимости от состава, все сплавы этой системы подразделяются на предварительно эвтектики и транс-эвтектики. Предэвтектический сплав содержит вышеуказанный компонент А (100-ве)%.

В нем она является избыточным компонентом. В суперэвтектическом сплаве избыток является компонентом В. Это эквивалентно малым зернам а и в, присутствующим в любом сплаве, составляющем эвтектику в предэвтектических и трансформаторных эвтектических сплавах, и большим зернам избыточных фаз а-3,2, в, 2,1 и с (ЭВТ. Я не уверен. Для более точной оценки прочностных и других свойств армированных сплавов желательно учитывать наличие эвтектики в их структурно-фазовом составе(рис. 3.2, б). Таким образом, структура пре-эвтектический сплав состоит из в+ЭВТ (а+в) (см. сплав 2), и структуры предварительно эвтектический сплав состоит из в+ЭВТ(а+в) (см. сплав 1).

Количество каждого структурного компонента, от которого зависят свойства сплава, можно рассчитать по правилам отрезка, связанного с эвтектической температурой. При оценке прочностных и других характеристик часть сплава, представленная эвтектикой, имеет более высокую прочность, чем часть, представленная более крупными частицами избыточной фазы, характер зависимости прочности сплава от их состава показан на рисунке. 3.3, а. вот диаграмма состояния, показывающая фазовый состав в верхней части, а ниже она показывает характер изменения интенсивности. Если размер зерен всех структурных частей сплава одинаков, то прочность изменяется строго по линейному закону(рис. Пожалуйста, взгляните на него. 3.3, а, линия АВ).

Изменение этой характеристики обусловлено законом добавок- Харрис 3.3. Зависимость характера изменения прочности сплава от типа диаграммы состояния Согласно ей, каждая из двух фаз вносит в общую прочность сплава часть своей прочности, соответствующую доле этой фазы в сплаве. В связи с этим прочность любого сплава можно рассчитать по формуле I=t/PA+(1-t|) PV, где G| — отношение фазы а в структуре сплава; PA и IV-отношение прочности фазы А и V. Поскольку эвтектическая часть сплава имеет более высокую прочность, фактическое изменение этой характеристики происходит вдоль алмазной кривой (рис. 3.3, а). Точно так же изменяются и другие свойства сплава, в зависимости от его свойств и состава. Такими свойствами изменения свойств сплава, которые учитываются под действием приложенных сил, в данном случае совершенной реакцией сплава на внешнее воздействие является реакция частиц обеих фаз. P вид диаграммы состояния.

Д е н д р и т н а я л и Ц В А Ц и я. за счет неограниченной растворимости компонентов со сходной структурой решетки того же типа и внешней электронной оболочки получена Р-диаграмма. Трехфазные области можно выделить на рисунке(фиг. 3.4, а). 1. Выше Ликвидуса, а, Я. Ликвидуса есть 2 зоны. Сплошная-щелевые АБР является двухфазной области а + ж под ним. Фаза а представляет собой твердый раствор компонентов А и В. 64 Т,°с т,°с Рис 3.4. Характер кристаллизации сплавов и схема их фазового строения (б) фазы имеют монокристаллические решетки. Однако сплавы различного состава различаются по количеству атомов компонента А и компонента в в основных ячейках решетки. 3.

Площадь под линией Солидуса, является однофазной (фаза а). В отличие от сплава, состоящего из смеси частиц существенно чистых компонентов, каждый из упрочненных сплавов в рассматриваемых диаграммах состояния внешне неотличим от фазы а (рис.3.4, б). Кристаллизация а-фазы в сплавах различного состава происходит по правилам сегмента. Проследите детали любой кристаллизации сплава, подобного сплаву 1(Рис. 3.4), то в соответствии с правилами сегмента в двухфазной области состав жидкой фазы и твердой фазы изменяется соответственно по линиям Ликвидуса и Солидуса в зависимости от температуры 3.4, а, изотермической 1,2,3 и 4). Состав жидкой фазы от точки 1\Dr C изменяется от BL>=BJ, B, 2, B/W, а состав твердой фазы от a до B1,Ba2, VAZ.

Количество сосуществующих фаз при каждой температуре определяется соответствующим сегментом изотермы. Далее, левый сегмент вертикали 7 определяет номер фазы а. В случае равновесной кристаллизации, которая происходит при достаточно низкой скорости охлаждения 65 сплавов, к концу кристаллизации (изотермической 4) в составе конечной формируемой фазы СК образуется исходный набор сплава Bj, который обусловлен непрерывной диффузией между двумя фазами. В случае ускоренного охлаждения сплава в процессе кристаллизации диффузионный процесс не успевает завершиться. В связи с этим центральная часть каждого зерна обогащается тугоплавкими компонентами (в данном случае B) и периферийными—легкоплавкими компонентами (A). Это явление называется дендритным разжижением, которое снижает прочность и другие свойства сплава. Его предотвращение возможно за счет медленного охлаждения сплава, обеспечивающего равновесную кристаллизацию.

В случае дендритного разжижения он может быть удален длительным, так называемым диффузионным отжигом сплава. Процесс диффузии, который происходит в этом процессе, выравнивает химический состав частиц. В сплаве-твердом растворе-прочность и другие свойства в зависимости от состава изменяются по закону кривой(см. рис. 3.3, б). Для того, чтобы понять характер изменения прочности сплава в соответствии с составом, надо понять следующее: При пластической деформации металлических материалов внешние силы должны преодолевать сопротивление дислокационному движению, которое определяется величиной силы Пейерльса-Набарро. Эта сила зависит от силы межатомного взаимодействия в кристаллической решетке сплава. Атомы растворимых компонентов образуют более прочные металлические связи с атомами растворяющих компонентов в решетке твердых растворов, чем решетка обоих чистых компонентов.

По этой причине свойство кривой с максимальным значением на рисунке заключается в том, что сопротивление пластической деформации твердого раствора должно возрастать по некоторому закону кривой с увеличением содержания в нем другого растворенного компонента. 3.3 если предположить, что b является решеткой компонента A и что B является решеткой компонента A, подвергнутого упрочнению, то в сплаве слева от максимальной решетки становится ясно. Состав, соответствующий максимуму, важен, так как роль компонента в качестве растворителя и растворимого меняется на противоположную. Мотт и Наварро установили зависимость между пределом текучести твердого раствора сплава, его составом, модулем сдвига G и атомным размером компонента: a t=Ge2C, где C = G. N0 (радиус G и G0 атомов растворимых компонентов и растворителей). 66 г,°C Это рис 3.5. диаграмма состояния шины.

Такой вид диаграммы состояния характерен для сплавов, которые образуются при сплавлении компонентов, имеющих ограниченную растворимость друг с другом. Рассмотрим случай, когда механические смеси твердых растворов на основе каждого из них образуются вне пределов растворимости компонентов(рис. 3.5). Жидкая фаза ж (выше ликвидуса линия АБР)\двух регионов (а+ж) И (П+Ш) (между ликвидусом и солидусом линии, расположенные на A и P (соответственно переменного и быть) и двухфазной области (а+р) — cekf области Фаза A представляет собой твердый раствор компонента B компонента a, фаза p представляет собой твердый раствор компонента A компонента B. кривые CF и EC отражают свойства зависящего от температуры изменения растворимости компонента A в фазах компонента B и P в фазе A соответственно).

Фазовый состав при любой температуре может быть определен падением от соответствующих точек на линиях CF и EC к оси концентрации по вертикали. At / j и T2 состав A-фазы и p-фазы: A b a2 и p P2. В структурно-фазовом составе сплава этой системы важное место занимает эвтектика, представляющая собой смесь мелкозернистых фаз А и Р. Он имеет определенный состав и кристаллизуется при самой низкой температуре. Линия 67данной системы температуры GE из церия, т. е. Под этой линией находится участок двухфазного сплава. В нем структура предэвтектического сплава состоит из первичных зерен а-фазы, которые равномерно распределены в эвтектике Е(А + Р), и зерен вторичной РП-фазы, выделяющихся из твердой фазы, уменьшающихся с понижением температуры.

Трансформаторный эвтектический сплав состоит из первичной Р-фазы, эвтектической и вторичной а-фазы соответственно. Для выяснения характера распада фазы А и фазы Р, вызванного понижением температуры с выделением фазы RP и фазы Р, показано, что вторичная фаза А (Р) также образуется в результате неизбежного распада фазы Р, существующего при охлаждении. Однако это не показано на фазовой диаграмме, так как фаза AP сливается с кристаллическими зернами периферии первичной фазы A и не наблюдается в качестве самостоятельного структурного компонента. То же самое относится и к РП трансформаторного эвтектического сплава.

Характер изменения свойств сплава, который зависит от состава, предопределяется фазовой диаграммой. Эта ситуация серьезна впервые 68v Член Академии наук Н. С. Курнаков внес фундаментальный вклад в методологию изучения свойств сплава. Выводы по теории сплавов. После понимания основных положений теории сплава сплав готовят для различных целей, а дислокационная фазовая структура и механические свойства сплава, необходимые на последующей стадии обработки, облегчаются информацией, полученной из анализа фазовой диаграммы.

Образовательный сайт для студентов и школьников

При охлаждении в сплавах происходят изменения, образуются новые фазы (твердые, жидкие), структуры. Эти изменения можно проследить на основе анализа диаграмм состояния, которые строятся по кривым охлаждения, и нами не рассматриваются.

Диаграммой состоянияназывают графическое изображение, показывающее в состоянии равновесия фазовый состав и структуру сплава в зависимости от концентрации и температуры. Рассмотрим основные диаграммы состояния двойных сплавов.

Диаграммой состояния I рода (типа) характерна для сплавов, компоненты которых образуют механические смеси, при незначительной взаимной растворимости (рисунок 13). Слева направо по оси абсцисс откладывается процентная доля компонента В в сплаве. Процентная доля компонента А увеличивается в противоположном направлении оси абсцисс. Часто ее не показывают, а подразумевают. По оси ординат откладывают значения температуры. Компоненты А и В для этого типа диаграмм взаимно растворяются только в жидком состоянии, а в твердом состоянии не растворяются и не образуют химических соединений. Линия АCВ, выше которой сплавы находятся в жидком состоянии, называется линией ликвидус. Линия DCE, ниже которой сплавы находятся в твердом состоянии, называется линией солидус. Между линиями ликвидус и солидус сплавы переходят из жидкого состояния в твердое.

Сплав двух компонентов, который плавится при минимальной температуре, называется эвтектикой, или эвтектическим. Эвтектика представляет собой тонкую механическую смесь компонентов в составе А и В. Процентное соотношение компонентов в составе сплава можно определить, опустив перпендикуляр из точки С на ось абсцисс. При охлаждении эвтектических сплавов оба компонента одновременно из жидкого состояния кристаллизируются в твердое.

Левее от эвтектики сплавы называются доэвтектическими, правее - заэвтектическими. У доэвтектических сплавов область AСD содержит жидкую фазу Ж и кристаллы компонента А. Заэвтектические сплавы в области СBE содержат жидкую фазу Ж и кристаллы компонента В. Ниже линии солидус в области DCB_э, доэвтектические сплавы в твердом состоянии содержат компонент А и эвтектику (А+В), заэвтектические в области CEB_э, компонент В и эвтектику (А+В).

Диаграмма состояния II рода характерна для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов друг в друге, имеющих одинаковые типы кристаллических решеток (рисунок 14).

Диаграмма содержит область жидкой фазы Ж, двухфазную область +Ж, область твердой фазы . Фаза представляет твердый раствор компонентов А и В, а зерна (кристаллиты) имеют общую кристаллическую решетку.

Диаграммы состояния III рода характерны для сплавов с ограниченной растворимостью (рисунок 15).

Линия ADB является линией ликвидус, а линия ACDEB – линией солидус. Фаза α является твердым раствором компонента В в компоненте - растворителе

А, а фаза ß - твердым раствором компонента А в компоненте - растворителе В. Эвтектика для рассматриваемой диаграммы представляет собой механическую смесь мелкозернистых фаз α и ß, и кристаллизуется на линии CDE при наименьшей для данной системы температуре.

Линия CF показывает предельную растворимость компонента В в компоненте А, а линия ЕК – предельную растворимость компонента А в компоненте В. Ниже линии CF из α - фазы начинают выделяться атомы компонента В, образуя вторичные кристаллы ß_II ß-твердого раствора. Аналогично, ниже линии ЕК из ß-фазы выделяются атомы компонента А, образуя вторичные кристаллы α_II α- твердого раствора. Структуры доэвтектических и заэвтектических сплавов ниже линии СЕ трехфазные (рисунок 15).

Диаграмма состояния IV рода относится к сплавам, в которых компоненты сплавов образуют устойчивые химические соединения А_mB_n (рисунок 16). Эти соединения (интерметаллы) выступают в роли самостоятельного третьего компонента, способного образовывать сплавы с каждым из исходных компонентов.

Химическое соединение А_mB_n образует с компонентами А и В сплавы, для которых характерны диаграммы состояния I рода.

Тип диаграммы состояния предопределяет характер изменения свойств сплава. Для механических смесей (диаграмма состояния I рода) прочность и удельное электрическое сопротивлении сплавов изменяется по линейному закону от компонента А к компоненту В (рисунок 17,а). Для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии (диаграмма состояния II рода) эти свойства изменяются по нелинейному закону, и могут имеют максимум (рисунок 17,б) или минимум. В результате прочность и удельное электрическое сопротивление у твердых растворов могут быть выше, чем у чистых компонентов.

Для сплавов с диаграммой состояния III рода в области однофазных твердых растворов свойства изменяются по нелинейному закону, а в области механической смеси твердых растворов  по линейному закону (рисунок17,в).

Для сплавов и компонентов, образующих химическое соединение, максимальные значения прочности и удельного электрического сопротивления имеет место при концентрации компонентов, соответствующих химическому соединению (рисунок 17,г).

Таким образом, при известном характере взаимодействия между компонентами и роде (типе) диаграммы состояния сплава возможен выбор процентного состава сплава, обеспечивающего заданные физико-механические свойства.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое сплав и как его получают? Зачем нужны сплавы?

2. Что такое фаза сплава?

3. Как можно классифицировать сплавы?

4. Какие виды структуры при взаимодействии компонентов сплава могут образоваться? На что это влияет?

5. Что такое диаграмма состояния сплавов и что позволяет она установить?

6. Почему изменяются свойства сплавов в зависимости от его состава. Как отражается изменение состава сплава на его свойствах?

7. Дать характеристику структур, составляющих сплавы.

8. Какова связь разных типов диаграмм состояния сплавов и его свойств?

Читайте также: