Диаграмма состояния двойных сплавов и их характер изменения

Диаграмма состояния – график, на котором показаны продукты взаимодействия компонентов сплава друг с другом в условиях термодинамического равновесия при различных температурах.

Фаза – определенная часть системы, образованная компонентами сплава, имеющая во всех точках одинаковый состав, строение и свойства.

Фаза – продукт взаимодействия, который имеет зависимость от температуры определенного агрегатного состояния, специфического характера строения и определенных свойств.

Жидкая фаза - раствор расплавленных компонентов.

Твердые фазы - зерна определенной формы свойств. Их можно наблюдать в микроскоп. Представляют собой 1 из 4 видов сплавов.

Диаграмма состояния разделена на области, которые могут состоять как из 1 фазы, так и из двух, имеющих разные свойства.

Построение диаграмм состояния наиболее часто осуществляется при помощи термического анализа.

В результате получают серию кривых охлаждения, на которых при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегиба и температурные остановки.

Температуры, соответствующие фазовым превращениям, называют критическими точками. Некоторые критические точки имеют названия, например, точки отвечающие началу кристаллизации называют точками ликвидус, а концу кристаллизации – точками солидус.

По кривым охлаждения строят диаграмму состава в координатах: по оси абсцисс –концентрация компонентов, по оси ординат – температура.

Шкала концентраций показывает содержание компонента В. По диаграмме состояния можно определить температуры фазовых превращений, изменение фазового состава, приблизительно, свойства сплава, виды обработки, которые можно применять для сплава. Определяют возможность термообработки; температуру нагрева для её проведения.

По анализу диаграммы определяют свойства данной системы и характер изменения их от состава.

По диаграмме определяют, как создать и обработать сплав.

Так как возможны 4 вида сплавов, то и диаграммы состояния существую для каждого из них.

Рассмотрим диаграмму состояния механической смеси.

t°,C

Диаграмма состояния первого рода (механическая смесь)

2 1

2 Ж

1¢

Ж Ж

Ж

А

2¢ нач.кристалл.

А+Ж В+Ж

l t s

А+Ж

c В+Ж

Эвт+ж Эвт+ж

Д Е конец кристалл.

В+Эвт Эвт

А+ЭВТ. В+ЭВТ А+Эвт (А+В)

ЭВТ

(А+В)

Вэ В1 В,% 100 0 t,с

Рис.3.3. Диаграмма состояния и кривая охлаждения сплава

Рис. 3.4. Схема микроструктур сплавов: а – доэвтектического, б – эвтектического, в – заэвтектического

Характерна для смесей с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии.

По оси ОХ диаграммы указывается процентная доля компонента В в сплаве, по оси ОУ – температура.

Фазовое строение зависит от температуры.

Рассмотрим характерные точки и линии диаграммы состояния.

Из диаграммы видно, что при взаимодействии компонентов температура перехода в жидкое состояние понижается.

Точке С соответствует минимальная температура перехода в жидкое состояние для определенного состава.

Вэ позволяет определить состав эвтектического сплава (т.е. состав сплава, при котором температура плавления минимальна).

tэ- температура, при которой одновременно плавятся или кристаллизуются оба компонента.

НСВ – линия ликвидуса (“жидкий” лат.) – выше Ж

ДСЕ – линия солидуса (“твердый”)

Переход из жидкого в твердое состояние происходит в промежутке между АСВ и ДСЕ

Переход сначала осуществляется тем компонентом, чей состав превышает эвтектическую концентрацию.

АСД - обл.- тв. А + Ж; СВ Е- т. В + Ж.

Ж.ф. раствор обоих компонентов.

По мере понижения температуры и приближения к температуре эвтектики состав незакристаллизировавшейся фазы приближается к эвтектическому Вэ (точка С). Чем меньше сплав отличается от эвтектического, тем ниже его точка ликвидуса и тем больше в нем затвердевает эвтектики.

Количество измерения подчиняется правилу отрезков.

Пример.

Сплав состояние 1 lts – произвольно взята температура ( изотерма).

Определим составы и число фаз.

Состав жидкой фазы всех з/эвт. сплавов, включая и сплав1, будет одинаковым и равным В1. Состав твердой фазы будет отличаться 100% содержанием компонента В. Состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса СВ от исходного до эвтектического. Масса твердой фазы определяется величиной отрезка [lt], а жидкой [ts]. Если mq=[ls], то Qв/Q=lt/ls; Qж/Q=ts/ls. Так можно определить абсолютную m.

Доэвтектические сплавы А>(100-Вэ)% (А избыт.)

Заэвтектические сплавы В>Вэ (В избыт.)

Эвтектические сплавы А и В- мелкие

Избыточные зерна фаз – крупные

В доэвтектических сплавах А (кр.) + Эвт. (А+В) мелкие и наоборот.

Количество составляющих вычисляют по правилу отрезков. Эвтектические сплавы имеют большую прочность. Если бы размеры зерен были одинаковы, и изменение прочности шло бы по линейному закону. Рассчитать свойства можно по формуле s=ηsа+(-1-η)sв, т.к. полная реакция сплава на внешнее воздействие складывается из реакции зерен обеих фаз. Аналогичны и другие свойства.

Приведем примеры диаграмм состояний и температурных кривых охлаждения для других типов сплавов:

Рис.3.5 Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (а); кривые охлаждения типичных сплавов (б)

Рис. 3.6 Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (а) и кривые охлаждения типичных сплавов (б)

Рис. 3.7. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения