Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов.

Диаграмма состояния показывает строение сплава в зависимости от соотношения компонентов и от температуры. Она строится экспериментально по кривым охлаждения сплавов (рис. 8). В отличие от чистых металлов сплавы кристаллизуются не при постоянной температуре, а в интервале температур. Поэтому на кривых охлаждения сплавов имеется две критические

точки.

В верхней критической точке, называемой точкой ликвидус (tл), начинается

кристаллизация.

В нижней критической точке, которая называется точкой солидус (tс), кристаллизация завершается. Кривая охлаждения механической смеси (рис. 8,а) отличается от кривой охлаждения твердого раствора (рис. 8,б) наличием горизонтального участка. На этом участке происходит кристаллизация эвтектики.

Эвтектикой называют механическую смесь двух фаз, одновременно кристаллизовавшихся из жидкого сплава. Эвтектика имеет определенный химический состав и образуется при постоянной температуре.

Рис. 8. Кривые охлаждения сплавов: а - механической смеси, б - твердого раствора

Диаграмму состояния строят в координатах температура-концентрация.

Линии диаграммы разграничивают области одинаковых фазовых состояний. Вид

диаграммы зависит от того, как взаимодействуют между собой компоненты. Для

построения диаграммы состояния используют большое количество кривых

охлаждения для сплавов различных концентраций. При построении диаграммы

критические точки переносятся с кривых охлаждения на диаграмму и соединяются

линией. В получившихся на диаграмме областях записывают фазы или

структурные составляющие. Линия диаграммы состояния, на которой при

охлаждении начинается кристаллизация сплава называется линией ликвидус, а

линия на которой кристаллизация завершается — линией солидус.

Виды диаграмм состояния. Диаграмма состояния сплавов, образующих

механические смеси (рис. 9), характеризуется отсутствием растворения

компонентов в твердом состоянии. Поэтому в этом сплаве возможно образование

грех фаз: жидкого сплава Ж, кристаллов А и кристаллов В. Линия АСВ диаграммы

является линией ликвидус: на участке АС при охлаждении начинается

кристаллизация компонента А, а на участке CD — компонента В. Линия DC В

является линией солидус, на ней завершается кристаллизация А или В и при

постоянной температуре происходит кристаллизация эвтектики Э. Сплавы

концентрация которых соответствует точке С диаграммы называются

эвтектическими, их структура представляет собой чистую эвтектику. Сплавы,

расположенные на диаграмме левее эвтектического, называются

доэвтектическими, их структура состоит из зерен А и эвтектики. Те сплавы

которые на диаграмме расположены правее эвтектического, называются

заэвтектическими, их структура представляет собой зерна В, окруженные

эвтектикой.

Рис. 9. Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в

твердом состоянии изображена на рис. 10. Для этого сплава возможно образование

двух фаз: жидкого сплава и твердого раствора а. На диаграмме имеется всего две

линии, верхняя является линией ликвидус, а нижняя — линией солидус.

.

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов

в твердом состоянии показана на рис. 11. В этом сплаве могут существовать три

Рис. 10. Диаграмма с Рис.11 Диаграмма сплавов с ограниченной

неограниченной растворимостью компонентов в

растворимостью твердом состоянии

фазы — жидкий сплав, твердый раствор α компонента В в компоненте А и твердый

раствор β компонента А в компоненте В. Данная диаграмма содержит в себе

элементы двух предыдущих. Линия АСВ является линией ликвидус, линия ADCEB

— линией солидус. Здесь также образуется эвтектика, имеются эвтектический,

доэвтектический и заэвтектический сплавы. По линиям FD и EG происходит

выделение вторичных кристаллов аII и βII (вследствие уменьшения растворимости с

понижением температуры). Процесс выделения вторичных кристаллов из твердой

фазы называется вторичной кристаллизацией.

Диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соединение (рис.12)

характеризуется наличием вертикальной линии, соответствующей соотношением

компонентов в химическом соединении AmBn. Эта линия делит диаграмму на две

части, которые можно рассматривать как самостоятельные диаграммы сплавов,

образуемых одним из компонентов с химическим соединением. На рис. 12

изображена диаграмма для случая, когда каждый из компонентов образует с

химическим соединением механическую смесь.

Рис. 12. Диаграмма состояния сплавов образующих химическое соединение