Построение кривых охлаждения сплавов

Рассмотрим в качестве примера построение кривой охлаждения для сплава эвтектического типа (рис. 3.6).

На вертикальном разрезе I диаграммы состояний, проходящем через точку а, произвольно выбираем начальную точку в области L и затем последовательно нумеруем критические точки сплава, то есть точки 1, 2 пересечения разреза I с линиями диаграммы. Проводим оси координат: температура t – время τ, в которых будет построена кривая охлаждения; проецируем на них уровни температур в критических точках.

Начальный участок кривой охлаждения (выше т. 1). Для любой точки этого участка фазовый состав сплава – L, так как этот участок находится в однофазовой области диаграммы. Следовательно, число фаз в сплаве f = 1, и по правилу фаз, число степеней свободы сплава с = 2. Следовательно, при отводе тепла температура сплава монотонно понижается и этот участок кривой охлаждения изобразится плавной падающей линией: возле этого участка на кривой охлаждения указываем фазовый состав и число степеней свободы сплава: L, с = 2.

Участок 1-2. Для любой точки b на этом участке по правилу отрезков устанавливаем фазовый состав сплава: L (т. e) + А (т. d), следовательно, f = 2 и, по правилу фаз, c = 1. Значит, этот участок кривой охлаждения, как и предыдущий, будет изображаться плавной линией, возле которой следует указать: L + А, c = 1. В точке 1 кривой охлаждения будет излом, так как здесь изменяется число степеней свободы сплава от c = 2 к c = 1.

Рис. 3.6. Пример построения кривой охлаждения

Перемещая т. b от т. 1 к т. 2 и, определяя весовую долю твердых кристаллов А – Q_A = (be/de)·100 % и химический состав жидкости в сплаве (е % В), можно легко установить, что на этом участке кривой охлаждения, начиная от т. 1, происходит выделение из жидкости твердых кристаллов А, а содержание компонента В в остающейся жидкости в сплаве постепенно увеличивается от а % В в т. 1 к значению с' % В для т. 2, то есть из жидкости выделяются кристаллы компонента, избыточного по отношению к эвтектическому составу. В конце участка 1-2 сплав будет состоять из кристаллов А и оставшейся жидкости эвтектического состава.

Участок 2-2¢. В точке 2 на диаграмме состояния, по правилу отрезков, легко установить, что в сплаве в равновесии находятся три фазы: А (т. F),

L (т. С) и B (т. G), причем L = L_эвт. Таким образом, по правилу фаз, f = 3 и c = 0. Следовательно, при температуре критической точки 2 на кривой охлаждения будет горизонтальный участок 2-2¢ с постоянной температурой сплава. Природу процесса, происходящего внутри сплава на этом участке, выясним следующим образом. Как видно из диаграммы состояний, ниже т. 2 (то есть, ниже уровня температуры линии FCG) невозможно существование в сплаве жидкой фазы L. Поэтому ясно, что на участке 2-2¢, с одной стороны, должна «исчезать» фаза L_эвт, с другой стороны, поскольку в конце процесса должно быть С = 1 (чтобы сплав смог далее снижать свою температуру), то эта фаза должна превращаться в смесь двух других:

L_эвт→ эвт (А + В),

то есть на участке 2-2¢ в сплаве идет эвтектическое превращение.

Конечный участок кривой охлаждения (после т. 2). После окончания эвтектического превращения в сплаве останутся две фазы: А и В, что легко проверяется правилом отрезков для любой точки диаграммы на участке

2-а. Таким образом, f = 2 и c = 1, так что сплав монотонно снижает свою температуру до комнатной.

На этом участке необходимо указать конечную структуру сплава. В данном простом случае это можно сделать по правилу отрезков (для структурных составляющих) на участке 2-а диаграммы.

В более общем случае конечную структуру устанавливают по совокупности твердых кристаллов, выделившихся на разных участках кривой охлаждения и не подвергавшихся после этого внутренним изменениям. В нашем случае структуру сплава образуют кристаллы А, выделившиеся на участке 1-2, и кристаллы эвтектики, образовавшиеся на участке 2-2΄: А+эвт(А+В).