Фазовые диаграммы систем с промежуточными фазами

Ранее мы говорили о промежуточных фазах. В металловедении понятия «промежуточная фаза» и «химическое соединение» часто используются как синонимы. Однако, понятие промежуточная фаза – более широкое. В металлических сплавах классические соединения подчиняющиеся закону постоянства состава, встречаются реже, чем промежуточные фазы переменного состава.

Во многих случаях промежуточную фазу можно рассматривать как твердый раствор на основе химического соединения постоянного состава типа А _nВ_m (рис.3.35).

  Например, слева от пунктирной ординаты А_nВ_m фаза b является твердым раствором компонента А в соединении А_nВ_m, , а справа от этой ординаты – раствором компонента В в А_nВ_m,.  

 

 

Рис.3.35. Фазовая ДС с конгруэнтно плавящейся промежуточной фазой

 

 Область гомогенности промежуточной фазы, т.е. концентрационный интервал ее существования, может быть широкой, но может быть и столь узкой, что вырождается в ординату соответствующую химическому соединению А_nВ_m,.

Это следует понимать как отсутствие данных о всегда имеющейся, хотя бы и очень малой растворимости элементов в соединении.

На рис.3.35 ордината соединения А_nВ_m, проведена пунктиром, т.к. она не является фазовой границей и находится внутри однофазной промежуточной b - фазы.

Точку максимума D на кривой ликвидуса промежуточной фазы дистектической ( от греческого - трудно плавящейся). В точке D совпадают составы жидкой и твердой фаз, поэтому b - фаза называется конгруэнтно-плавящейся промежуточной фазой.

Систему А-В часто рассматривают как первичную, состоящую из двух вторичных систем A-А_mB_n   и А_mB_n-B, причем соединение А_mB_n рассматривают как компонент вторичных систем.

 

ДС с полиморфизмом компонентов

Если хотя бы один из компонентов обладает полиморфизмом, то в определенной группе сплавов он обязательно проявится. Строение ДС зависит от того, сколько имеется полиморфных модификаций в компонентах, повышаются или понижаются температуры полиморфных превращений с изменением состава сплава и, какова величина растворимости одного компонента в полиморфных модификациях другого (типовых ДС не очень много).

Рассмотрим систему с двумя полиморфными превращениями в одном из компонентов.

Компонент А имеет две модификации: α - А и b - А, например α - Тi с ГП решеткой b - Ti с ОЦК решеткой. Точка о – температура равновесия двух модификаций.

При растворении компонента В в обеих модификациях компонента А эта точа как бы раздваивается, т.к. система из нонвариантной становится моновариантной (рис.3.38).

 

Рис.3.38. ДС с полиморфизмом твердого раствора

 

Компонент А имеет две модификации: α - А и b - А, например α - Тi с ГП решеткой b - Ti с ОЦК решеткой. Точка о – температура равновесия двух модификаций.

При растворении компонента В в обеих модификациях компонента А эта точа как бы раздваивается, т.к. система из нонвариантной становится моновариантной (рис.3.38).

З десь полная аналогия с «раздвоением» температуры плавления при переходе от металла к сплавам на его основе. Твердый раствор на базе определенной модификации обозначается той же греческой буквой, что и эту модификацию.

 

 

 

Микроструктура сплава Х₂

Фаза a - это твердый раствор компонента В в модификации a-А, фаза b - раствор В в модификации b-А. Они отличаются друг от друга только типом кристаллической решетки.

В сплаве Х₁ полиморфное превращение твердого раствора происходит в интервале температур Т₁-Т₂.

В отличие от полиморфного превращения в компоненте полиморфное превращение твердого раствора идет в общем случае с изменением состава исходной и новой фазы.

 Если не учитывать переохлаждение, то линия О-b указывает температуры начала полиморфного превращения b®a при охлаждении, а линия О-а – температуры конца этого превращения.

Линию О- b называют b-трансусом, а линию О-а - a-трансусом (от лат.- переход, превращение).

Линию О-b можно рассматривать как геометрическое место точек составов b-раствора, насыщенного по отношению к a-фазе. При охлаждении раствора до температуры Т₁b-раствор становится насыщенным, поэтому (!) полиморфное превращение b®a можно рассматривать и как выделение a-фазы из b-раствора.

В сплаве Х₂ превращение не доходит до полного исчезновения b-фазы. При комнатной температуре ее доля равна (а-Х₂)/(а-b).

В структуре сплава Х₂ (рис.3.39) по границам и внутри b-зеренa-фаза может образовывать пачки (колонии) параллельных пластин, разделенных b-фазой ( видманштеттова структура). Именно такая структура характерна для многих титановых сплавов.

 

 

Для третьего курса

Если при добавлении компонента В к компоненту А температура полиморфного превращения понижается, то возможны три варианта диаграмм.

Первый вариант: -Линия b-трансуса не пересекает линии солидуса и сольвуса b-фазы, и имеет интервал составов сплавов b-d, в котором высокотемпературная b-фаза стабильна при комнатной температуре (этот вариант мы только, что рассмотрели).

Второй вариант: - линия трансуса   b-фазы пересекает линию сольвуса этой фазы (рис. 3.40).

Линия сольвуса b-Е изображает составы b-раствора, насыщенного по отношению к g-фазе, линия трансуса O-Е – составы b-раствора, насыщенного по отношению к a-фазе. Точка Е, принадлежащая обеим этим линиям, характеризует состав b-фазы, насыщенной одновременно по отношению и к a-фазе и к g-фазе.

Поэтому при переохлаждении b-раствор состава точки Е распадается на две фазы:            Т₄

         b_s®®a_а+g_с – эвтектоидное превращение (подобное эвтектическому).

 

Рассмотрим превращения в двух сплавах этой диаграммы Х₁, Х₂, Х₃, Х₄. Особенности их структуры при комнатной температуре.

Рис3-40

 

Третий вариант: - линия трансуса b-фазыO-m пересекает линию солидуса этой фазы А^/ -m (рис.3.45)

 

 

Рис.3.45.