Расчеты по диаграммам состояния

По диаграмме сплавов можно определить компонентный и фазовый состав.

Компонентный состав сплавов определяют проецированием на ось

состава.

Рис. 5. Диаграмма плавкости системы (А – В) с образованием эвтектики.

ПРИМЕР 7: Определите компонентный состав для сплавов S₁ S₂.

Для сплава S₁ (см. рис. 5) компонентный состав – A₇₀B₃₀, т.к. %А + %В = 100%; для сплава S₂ – А₄₀В₆₀; для сплава S₃ – А₂₀В₈₀.

Фазовый состав любого сплава при любой температуре определяют с помощью метода коннод.

Суть его состоит в том, что через точку диаграммы, в которой определяется фазовый состав, проводят конноду вплоть до границ данной области. Концы конноды (они отмечаны на рис. 5 стрелками) упираются в границы ''своей'' фазовой области, указывая на соседние (смежные) фазы.

ПРИМЕР 8: На рис. 5 правый конец конноды ''а'' упирается в линию ликвидус в точке а_1, указывая на то, что в сплаве S₁ в интервале температур от Т_L до Т_S существует жидкая фаза (расплав). Левый конец этой конноды упирается в ординату чистого компонента А ниже температуры его плавления, т.е. там, где А существует в виде кристаллов (точка а₂). Следовательно, в данном температурном интервале сплав S₁ состоит из двух фаз: Ж + А крист.

Из диаграммы сплавов можно определить количество металла, который кристаллизуется в виде вкраплений в эвтектическую матрицу, используя правило противолежащих отрезков конноды:

Массы фаз, находящихся в равновесии в некоторой точке диаграммы состояния, пропорциональны длинам противолежащих плеч конноды, на которые делит конноду эта точка:

М_S / М_ме = а₁а / аа₂ (3),

где М_S - масса расплава, М_ме – масса металла.

На основании того же правила отрезков и закона сохранения материи масса всего сплава может быть выражена через длину всей конноды:

М_S / а₁а₂ = М_ме / аа₂ = М_Е / а₁а (4),

где M_E=масса эвтектической матрицы.

Это равенство широко используется для различных количественных расчетов в сплавах.

ПРИМЕР 9: Какой металл и в каком количестве кристаллизуется в эвтектическую матрицу при охлаждении 1000 г расплава состава S: A₅₀B₅₀ (см. рис. 6).

Рис. 6. Диаграмма плавкости системы с образованием эвтектики

Для решения данной задачи воспользуемся соотношением:

М_S / а₁а₂ = М_ме / а₁а

М_ме = М_S а₁а / а₁а₂ = 1000 30 / 80 = 375 (г).

ПРИМЕР 10: В каком количестве твердого сплава, содержащего 50% компонента В, кристаллизуется 200 г эвтектической матрицы состава Е: А₈₀В₂₀?

Используя правило противолежащих отрезков конноды, составим пропорцию:

М_S / а₁а₂ = М_Е / аа₂ М_S = М_Е •∙а₁а₂ / аа₂

М_S = 200 80 / 50 = 320 г.