2018-02-13
488
5.3.1. Охарактеризуйте диаграмму состояния сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (диаграмма I рода).
Исходные данные: оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, а в твердом состоянии нерастворимы и не образуют химических соединений.
Компоненты: химические элементы А, В (К = 2).
Фазы: жидкость Ж, кристаллы А, В (Ф = 3).
Примером диаграмм этого типа является диаграмма состояния сплавов системы Pb-Sb. Диаграмма Pb-Sb строится на основе использования кривых охлаждения, полученных методом термического анализа (рис.1).
Рис. 1. Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы структур сплав системы Pb-Sb при полном охлаждении до комнатной температуры.
Система сплавов Pb-Sb включает в себя составы со 100 % РЬ и 0 % Sb, т. е. чистый свинец, и со 100 % Sb и 0 % РЬ, т. е. чистую сурьму. Кривые охлаждения для этих чистых металлов имеют по одному горизонтальному участку, характеризующему температуру кристаллизации: соответственно для свинца 327 °С и для сурьмы 631 °С. На диаграмме состояния эти температуры находятся на осях ординат, где содержатся соответственно чистый свинец и чистая сурьма. Структура чистых металлов представляет собой однородные зерна.Сплав, содержащий 13 % Sb и 87 % РЬ, также имеет один горизонтальный участок, т. е. одну критическую точку (245 °С) температуру затвердевания этого сплава. Этот сплав характеризуется тем, что в нем происходит одновременная кристаллизация жидкой фазы кристаллов РЬ и Sb (в общем случае компонентов и В) с образованием механической смеси. Такая механическая смесь двух (или более) видов кристаллов, одновременно кристаллизующихся из жидкости, называется эвтектикой. Сам сплав 13 % Sb и 87 % РЬ является эвтектическим, а его микроструктуру представляет собой попеременно чередующиеся выделения сур мы в свинцовой основе (рис.1). Принято эвтектическую реакцию записывать так: Ж — > Pb + Sb, или в общем виде Ж —> А + В.
Кристаллизация любого сплава, имеющего 0 % < Sb < 13%, начинается с выделения кристаллов РЬ. Эти сплавы затвердевай в интервале температур, и на кривых охлаждения имеются критические точки, соответствующие началу и концу затвердевания (например, сплав с 5 % Sb, рис. 1). Все они называются доэвтектическими сплавами, претерпевают эвтектическое превращение при охлаждении ниже температуры 245 °С и имеют после окончательного охлаждения структуру РЬ + Э(РЬ + Sb), рис. 1. В этой структуре имеется две структурные составляющие: кристаллы РЬ и эвтектика Э(РЬ + Sb), которые получаются на ба; двух фаз: кристаллов РЬ и кристаллов Sb.
Кристаллизация любого сплава с концентрацией 100 % > Sb > 13 % начинается с выделения кристаллов Sb. Эти сплавы также затвердевают в интервале температур - начала и конца затвердевания (например, сплав с 40% Sb, рис.1). При охлаждении ниже температуры 245 °С в них протекает эвтектическое превращение. Эти сплавы называются заэвтектическимии имеют после охлаждения окончательную структуру Sb + Э(РЬ + Sb), рис. 1. Структура заэвтектических сплавов также является двухфазной (кристаллы Sb и РЬ) и состоит из двух структурных составляющих: кристаллов Sb и эвтектики Э (Pb + Sb).
На диаграмме можно выделить три характерные зоны: область, где существует только жидкая фаза, - выше системы линий, ограниченной точками: температура 327 °С - эвтектическая точка 245 °С - температура 631 °С; область, где существует только твердая фаза (кристаллы РЬ и Sb), - ниже эвтектической линии (вся горизонтальная линия на уровне температуры 245 °С с концами в месте ее пересечений с ординатами со 100 % РЬ и 100 % Sb); область, где одновременно сосуществует жидкая и твердая фаза (область с жидко-твердой фазой) - между линиями, ограничивающими соответственно жидкое и твердое состояние сплавов.
Линия, ограничивающая на диаграмме область жидкой фазы сплавов, называется линией ликвидус. Линия, ограничивающая область полностью затвердевшего сплава от остальной области на диаграмме состояний, называется линией солидус.
