Залежність властивостей сплавів від складу в подвійних системах

Розглянуті діаграми стану характеризують будівля сплавів різного складу. Ми бачили, що в залежності від складу (тобто від змісту компонентів) сплави можуть мати різноманітну структуру відповідно до типу діаграми стану. Основоположником навчання про зв'язок діаграми стану з властивостями сплавів є акад. Н, С. Курнаков.

Залежність властивостей від складу сплавів у загальному виді приведена на мал. 118.

а) У сплавах, що мають структуру механічних сумішей (мал. 118, а), властивості змінюються в основному прямолінійно. Деякі властивості механічних сумішей, у першу чергу НВ і < _у, залежать від розмірів часток, тобто від ступеня дисперсності. У эвтектических і близько до них розташованих сплавах фази здрібнені найбільшою мірою, тому механічні властивості, як це показано на мал. 118, а і б штриховими лініями, значно підвищуються.

б) У сплав-твердих розчинах властивості змінюються по криволінійній залежності, тобто більш істотно, чим для сплавів, що мають структуру суміші кристалів (118, в).

в) Якщо діаграма показує, що в сплавах утвориться різноманітна структура, те і залежність властивостей теж неоднозначна (мал. 118, б). А саме, у сплав-твердих розчинах, граничних з чистими компонентами А и В, властивості змінюються по кривих, а в сплавах-сумішах твердих розчинів залежність знову прямолінійна.

г) При утворенні хімічних сполук (мал. 118, г) властивості змінюються стрибком, дуже різко.

Охарактеризуємо більш докладно зміна властивостей у сплавах, у яких утворяться обмежені тверді розчини і механічні суміші цих розчинів. Зміна деяких фізичних і технологічних властивостей у цьому випадку показане на

мал. 119. Багато фізичних і механічних властивостей сплавів чітко залежать від структури, але такі технологічні властивості, як ливарні (тобто здатність забезпечити

гарна якість виливків) чи зварюваність, залежать не стільки від структури, скільки від того, у яких умовах по температурі проходило затвердіння сплавів.

Тому про залежність механічних і фізичних властивостей однофазних сплавів ( і ), тобто сплавів, що лежать левее S₁ і правее S₂ діаграм», приведеної на мал. 119, можна зробити наступні висновки:

а) твердість НВ, міцність _в і электросопротивление твердих розчинів вище, ніж у чистих металів I (мал. 119, криві 1і 2, відрізки аб і вг);

б) електропровідність і температурний коефіцієнт! электросопротивления у твердих розчинів нижче, ніж у чистих металів (мал. 119, криві 3 і 4, відрізки аб і вг);

в) електрохімічний потенціал змінюється по плавній (для цілком однорідних твердих розчинів) кривої (мал. 119, крива 5, відрізки аб і гд);

Рис.119 Залежність властивостей сплаву при утворенні обмежених твердих розчинів

Технологічні ливарні властивості, що визначають! здатність сплаву при затвердінні дати високоякісні виливки, злитки, деталі, залежать від жидкоте-кучести, несхильності до утворення тріщин усередині і на поверхні злитків, утворення розсіяної пористої чи усадочної зосередженої раковини.

Рідинотекучість — це здатність заповнювати ливарну форму складної конфігурації. Вона залежить від інтервалу кристалізації сплаву. Чим більше відстаней між ліквідусом і солідусом, тобто чим більше інтервал кристалізації, тим нижче жидкотекучесть.

Тому сплав-тверді розчини (рис, 119, крива 6відрізки аб і вг) мають знижену жидкотекучесть.

Крім того, чим більше інтервал кристалізації, тим! сплави більш схильні утворювати тріщини на поверхні й усередині виливка.

У результаті усадки утворяться дрібна пористість розкидана по всьому обсязі виливка (що нерідко виводить лиття в шлюб), що тим більше чим більше рас стояння між, ліквідусом і солідусом (тобто чим велика інтервал кристалізації); при малому інтервалі кристалізації в сплавах утвориться зосереджена усадочна» раковина.

На рис 119, крива 7 показана загальний обсяг порожнеч які складаються з дрібних пір н усадочної раковини. Як видно з малюнка, чим більше інтервал кристалізації, тим більше дрібної пористості (розсіяні! пори). Отже, для одержання качетвенных виливків необхідно вибрати сплави, у яких температури! ліквідусу і солідуса були б якнайближче.

Отже, в однофазних сплавах, що представляють собою тверді чи розчини найбільшу розсіяну пористість будуть мати сплави, склад яких близький складу в тючках S₁ чи S₂.

Таким чином, однофазні сплав-тверді розчини володіють поганими ливарними властивостями і не придатні для фасонного лиття. Однак однофазні сплави, що представляють собою тверді розчини, при досить високій міцності мають гарну пластичність, високим опором корозії. Тому сплав-тверді розчини є найкращими для виготовлення деталей методами обробки металів тиском, коли якість деталей буде визначатися технологічною пластичністю сплаву.

У відношенні механічних сумішей фаз ( + ), тобто для сплавів складу в інтервалі S₁—S₂ діаграми мал. 119 випливає, що электросопротивление (крива 2, відрізок бе), електропровідність (крива 3, відрізок бв), температурний коефіцієнт електропровідності (крива 4, відрізок бв), електрохімічний потенціал (крива 5, відрізок бв) змінюються по прямих лініях. Міцність ( _в) і твердість (НВ) у випадку, коли фази при кристалізації эвтектики не занадто здрібнені (чи укрупнені в результаті спеціального отжига), також змінюються прямолінійно (мал. 119, крива 1, відрізок бв). У випадку, коли суміш складається з високодисперсних фаз, спостерігається різке відхилення від прямолінійної залежності і для сплавів эвтектического складу на кривих властивостей видний чи перелом навіть ясно виражений пік (мал. 119, крива 1, суцільна лінія бдв).

Ливарні властивості змінюються по зазначеному вище законі: чим більше інтервал кристалізації, тим менше жидкотекучесть 6, більше дрібної пористості 7, більше схильність до утворення зовнішніх тріщин і т.д.

Отже, найкращими ливарними сплавами будуть эвтектические, а гіршими — сплави, що відповідають граничним твердим розчинам (S₁ і S₂). У той же час двухфазная структура забезпечує низьку технологічну пластичність, тому эвтектические сплави не придатні для обробки тиском.

Краща оброблюваність різанням виявлена в сплавів, що мають структуру эвтектики, ці ж сплави дають і найкращу чистоту поверхні при токарській обробці.

Дуже важливо відзначити значний вплив хімічних сполук на властивості сплавів. Присутність їх у сплавах навіть у невеликих кількостях значно підвищує міцність, зносостійкість, жароміцність і інші властивості, необхідні при експлуатації деталей. З викладеного видно, що діаграми стану дозволяють на науковій основі передбачати поводження сплавів, вибирати сплави в залежності від їхнього призначення, застосовувати різні види термічної обробки й інші методи впливу для одержання заданої структури і властивостей.