Из чистых компонентов (I рода)

Диаграмма состояния I рода и кривые охлаждения типичных сплавов системы представлены на рис. 5.1.

 

Рис.4.6. Диаграмма состояния сплавов I рода с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии (а) и кривые охлаждения сплавов (б)

 

Анализ диаграммы состояния.

1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В);

2. Число фаз: f = 3 (кристаллы компонента А, кристаллы компонента В, жидкая фаза).

3. Основные линии диаграммы:

 линия ликвидус acb, состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке;

 линия солидус ecf, параллельна оси концентраций;

4. Типовые сплавы системы.

а) Чистые компоненты, кристаллизуются при постоянной температуре, на рис 4.6 б показана кривая охлаждения компонента А.

б). Эвтектический сплав – сплав, соответствующий концентрации компонентов в точке с (сплав I). Кривая охлаждения этого сплава, аналогична кривым охлаждения чистых металлов (рис. 4.6 б)

Эвтектика – мелкодисперсная механическая смесь разнородных кристаллов, кристаллизующихся одновременно при постоянной, самой низкой для рассматриваемой системы, температуре.

При образовании сплавов механических смесей эвтектика состоит из кристаллов компонентов А и В: Эвт. (кр. А + кр. В)

Процесс кристаллизации эвтектического сплава: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинается одновременная кристаллизация двух разнородных компонентов. На кривой охлаждения отмечается температурная остановка, т.е. процесс идет при постоянной температуре, так как согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии трех фаз (жидкой и кристаллов компонентов А и В) число степеней свободы будет равно нулю. В точке 1^/ процесс кристаллизации завершается. Ниже точки 1^/ охлаждается сплав, состоящий из дисперсных разнородных кристаллов компонентов А и В.

в) Другие сплавы системы аналогичны сплаву II, кривую охлаждения сплава см на рис 4.6.б.

Процесс кристаллизации сплава II: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации избыточного компонента В. На кривой охлаждения отмечается перегиб (критическая точка), связанный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации. На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре, так как согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии двух фаз (жидкой и кристаллов компонента В) число степеней свободы будет равно единице. При охлаждении состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус до эвтектического. На участке 2–2^’ кристаллизуется эвтектика (см. кристаллизацию эвтектического сплава). Ниже точки 2^’ охлаждается сплав, состоящий из кристаллов первоначально закристаллизовавшегося избыточного компонента В и эвтектики. Схема микроструктуры сплава представлена на рис. 4.7.

 

 

 

Рис. 4.7. Схема микроструктур сплавов: а – доэвтектического, б – эвтектического, в – заэвтектического

 

  При проведении количественного структурно-фазового анализа, конода, проведенная через заданную точку, пересекает линию ликвидус и оси компонентов, поэтому состав твердой фазы или 100 % компонента А, или 100 % компонента В.

 

Правила чтения диаграммы состояния.          

     По диаграмме состояния можно получить много сведений о сплаве. Для этого следует соблюдать несколько простых правил.

Правило 1. Определение критических точек по химическому составу.

КРИТИЧЕСКАЯ ТОЧКА - это температура, при которой изменяется структура и свойства сплава.                      

Рисунок 4.8. Правила чтения диаграммы состояния.

 

 На диаграмме (рис.4.8.) для определения критических точек проведены вертикальные линии 1 и 2. Каждая линия соответствует определенному химическому составу сплава. Точки пересечения этих вертикальных линий с линией ликвидус позволяют определить температуру начала кристаллизации при охлаждении сплава. Точки пересечения с линией солидус- позволяют определить температуру окончания кристаллизации.

  Правило 2. Определение состава фаз в сплаве.

ФАЗА – это часть сплава (в твердом или жидком состоянии) с одинаковым химическим составом, строению и свойствам, которые не зависят от массы фазы. Фазы всегда разделены межфазной границей. Чтобы определить, какие фазы имеются в данном сплаве при определенной температуре, нужно из точки (каждая точка в нашей системе координат соответствует именно определенной температуре, например - точка 3 на рис. 4.8 для сплава состава 1) провести горизонтальный отрезок aв. Этот отрезок не должен пересекать линии диаграммы. Точка в указывает, что в сплаве при этой температуре имеется жидкая фаза (точка в лежит на линии ликвидус, а выше этой линии всегда находится жидкость). Точка a указывает, что в сплаве при этой температуре внутри жидкости находятся твердые кристаллы металла А (точка а лежит на вертикальной линии, соответствующей 100% содержанию металла А).

Для сплава состава 2 в точке 4 проведен горизонтальный отрезок сd. Точка с находится на линии ликвидус и указывает на то, что в сплаве 2 при температуре, соответствующей точке 4, есть жидкость. Точка d указывает, что в жидкости присутствуют кристаллы металла В.

Если провести горизонтальный отрезок ниже линии солидус, то он покажет, что оставшаяся жидкость на линии солидус превращается в смесь кристаллов металлов А и В.         

 Смесь мелких кристаллов, одновременно кристаллизовавшихся из жидкого раствора, называется ЭВТЕКТИКОЙ.

 При определенном химическом составе сплава в нем содержится 100% эвтектики (для диаграммы на рис.5.3 это сплав, в котором содержится 40% металла В). Такой химический состав сплава называется ЭВТЕКТИЧЕСКОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ. Сплавы слева от этой точки на оси химического состава называют доэвтектическими, а справа – заэвтектическими.

Правило 3. Определение химического состава жидкого раствора.

Если из жидкого раствора, в котором находятся два химических элемента, выделяется в виде твердых кристаллов только один из них, то состав жидкости должен измениться. Чтобы определить состав жидкого сплава 1 (рис.4.8) при температуре точки 3, нужно провести через точку 3 горизонтальный отрезок ав. Из точки пересечения этого отрезка с линией ликвидус (точка в) нужно опустить проекцию (вертикальную линию) на ось концентраций. Точка е на оси концентраций соответствует химическому составу жидкости в сплаве 1 при температуре, соответствующей точке 3. Позже будет показано, что это правило применимо и при изменении температуры в твердых растворах.

Правило 4. Определение химического состава по структуре.

Рассмотрим сплав, в котором в твердом состоянии оба металла не растворимы один в  

 

                                                    

 

Рис.4.9 Определение химического состава сплава по структуре.

 

другом. Сплав подчиняется диаграмме состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (I рода), изображенной на рисунке 4.9. При рассмотрении в микроскопе структуры сплава видны кристаллы металла В, которые занимают 40% площади изображения. Остальную часть изображения занимает эвтектика – смесь кристаллов металлов А и В. Для определения химического состава нужно:

- определить, является сплав до- или заэвтектическим. В соответствии с правилом 2 кристаллы металла В могли выделиться из жидкости только в заэвтектическом сплаве;

-провести в произвольном месте справа от точки эвтектической концентрации вспомогательную линию 1;

- из подобия двух прямоугольных треугольников найти величину отрезка Х, который соответствует содержанию металла А в исследуемом сплаве.