2018-02-13
1886
Исходные данные: оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно растворимы в твердо состоянии и не образуют химических соединений.
Компоненты: химические элементы А, В {К= 2).
Фазы: жидкость Ж, твердые растворы α (раствор компонента А в В) и β (раствор компонента В в А) (Ф = 3).
Этот тип диаграмм очень важен в практическом отношении, так как часто представлен в составе сложных диаграмм широко распространенных промышленных сплавов, например сплавов си тем Fe-C, Al-Cu и др.
В рассматриваемой системе ограниченная растворимость компонентов в твердом состоянии может не меняться с изменением температуры, а может и меняться. Оба рассматриваемых случая представлены на рис, 5.4 (соответственно линии EN и DF). В итоге имеем диаграмму состояния с двусторонней ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. На этой диаграмме линия GCH - линия ликвидус, выше которой все сплавы имеют однородный жидкий раствор. Линия GEDH линия солидус, ниже которой в сплавах отсутствует жидкая фаза.
|
|
|
В рассматриваемой системе компоненты. А и. В не могут при затвердевании образовывать собственных кристаллов, так как о между собой образуют твердые растворы а и в тех областях диаграммы, которые расположены соответственно слева от вертикали EN и справа от линии DF. В этих областях все сплавы кристаллизуются в интервале между ликвидусом и солидусом, так же, как процесс проходит в любом сплаве на диаграммах состояния II рода
(см, разд. 5.2). Соответственно в области, лежащей слева от линии EN, при кристаллизации из жидкости начинают выделяться кристаллы твердого раствора α (например, для сплава I в точке l ). В интервале кристаллизации сплавы имеют двухфазную структуру Ж + а. После завершения кристаллизации и вплоть до окончательного охлаждения все эти сплавы имеют структуру однородного твердого раствора α. Аналогичная ситуация имеет место у всех сплавов, расположенных правее точки F, с той лишь разницей, что вместо α-твердого раствора у них выделяются кристаллы β-твордого раствора.
Рис. 4 Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы образования структур сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии и с эвтектическим превращением.
У сплавов, расположенных в интервале между точкой F и проекцией точки D, первичная кристаллизация в интервале между ликвидусом и солидусом протекает аналогично ранее описанной. При этом эти сплавы после завершения кристаллизации вплоть пересечения с линией DF имеют однородную структуру β-твердого раствора (например, сплав IV в интервале между точками 2 и 3). При дальнейшем охлаждении этих сплавов (например, сплава IV ниже точки 3) вплоть до полного охлаждения в структуре этих сплавов происходят изменения, связанные с выделением из β - твердого раствора второй фазы α II (например, у сплава IV). П ричиной появления второй фазы α II является уменьшение предела растворимости β- твердого раствора при снижении температуры сплава. На это указывает наклонный характер кривой DF. При понижении температуры твердый раствор β становится пересыщенным компонентом А, и для приведения системы в равновесие из этого твердого раствора β выделяется избыток растворенного компонента А. Но так как в рассматриваемой системе чистые компоненты не могут существовать как самостоятельные фазы (они должны образовывать твердые растворы), то на базе избыточных кристалл компонента А образуется сразу же α-твердый раствор, кристаллы которого и выделяются из β-твердого раствора и располагаются в виде мелкодисперсных включений внутри зерен основной фазы (рис. 4). Такие избыточные кристаллы, выделяющиеся не из жидкости, а из твердой фазы, обозначаются α II (вторичные а кристаллы), а сам процесс выделения новой фазы в твердом состоянии называется вторичной кристаллизацией.
|
|
|
Точки Е и N характеризуют предельную растворимость компонента В в компоненте А, т. е. предельную растворимость α- твердого раствора при эвтектической и комнатной температурах, а точки D и F - предельную растворимость компонента А в компоненте В, т. е. предельную растворимость β-твердого раствора также при эвтектической и комнатной температурах.
Как видно, предельная растворимость α-твердого раствора изменяется с понижением температуры (линия EN - вертикальная), а предельная растворимость β-твердого раствора с понижением температуры уменьшается (линия DF - наклонная). Точки Е и D являются границами линии ED, в пределах которой протекает эвтектическое превращение, а точка С - эвтектической точкой. Следовательно, во всех сплавах, расположенных в пределах границ эвтектической линии, будет проходить эвтектическое превращение, аналогичное тому, которое имеет место диаграммах состояния I рода (см. разд. 5.2) с той лишь разницей, что в данном случае эвтектика состоит не из механической смеси компонентов А и В, а из механической смеси их твердых растворов α и β. В данном случае эти твердые растворы как бы являются компонентами сплавов для той части диаграммы, которая ограничена длиной эвтектической линии. Соответственно, эвтектика в этом случае будет иметь вид: Э (α+β ), а эвтектическая реакция может быть записана так: Ж → αE+βD. Сплав с концентрацией компонентой А и В. соответствующей проекции точки С, т.е. сплав состава точки С, называется эвтектическим.
Все сплавы, расположенные между точками С и Е, называются доэвтектическими. Их кристаллизация будет начинаться с выделения кристаллов α-твердого раствора (например, сплава II в точке l). В интервале кристаллизации (например, между точками 1 и 2) у этих сплавов будет двухфазная структура Ж +α. Ha линии ЕС (например, в точке 2) в доэвтектических сплавах будет проходить эвтектическая реакция у той части жидкости Ж, которая еще осталась в сплаве на этот момент (ее количество можно определить по правилу отрезков). Поэтому для доэвтектических сплавов правомерно будет записать эвтектическую реакцию в следующем виде: α+ Ж →α +Э(α + β). Они после окончательного охлаждения будут иметь структуру α + Э(а+β). Все сплавы, расположенные между точками С и D, называются заэвтектическими. Их кристаллизация будет начинаться с выделения кристаллов α -твердого раствора (например, у сплава III в точке l). В интервале кристаллизации (например, у сплава III между точками 1 и 2) эти сплавы имеют двухфазную структуру Ж + β. На линии CD у заэвтектических сплавов будет проходить эвтектическая реакция, подобная реакция доэвтектических сплавов, т. е. β + Ж → β + Э(α + β). Но при дальнейшем охлаждении заэвтектических сплавов в их структуре будут проходить последующие превращения, которых не было в доэвтектических сплавах. Причиной этих превращений является наклонный характер линии DF. Как уже было показано рапсе, при наклонном характере кривой растворимости компонента А в компоненте В (линия DF) с понижением температуры предельная растворимость А в В становится меньше того количества А, которое в данный момент присутствует в сплаве. Поэтому из твердого раствора β будет выделяться α II..Следовательно, все заэвтектические сплавы ниже температуры эвтектического превращения (например, сплав III ниже точки 2) будут иметь следующую структуру: β + Э (α + β) + α II. Эта структура содержит три структурных составляющих: β, Э(α+β) и α II, но при этом структура является двухфазной: α-фаза и β-фаза.
|
|
|
