Связь свойств сплавов с типом диаграмм состояния

По диаграммам состояний сплавов можно определить их струк­туру. Следовательно, между типом диаграммы состояния и свой­ствами сплава существует определенная связь. Эту связь впер­вые установил Н. С. Курнаков.

На рис. 5.7 приведены диаграммы состояния четырех основ­ных типов и соответствующие им закономерности изменения свойств сплава в зависимости от концентрации. По осям орди­нат нижних диаграмм откладывают показатели свойств (предел прочности, твердость, электросопротивление и др.), а по осям абсцисс—концентрацию сплава.

В сплавах, затвердевающих по диаграмме состояния I типа (рис. 5.7, а), в твердом состоянии содержится механическая смесь исходных компонентов. Следовательно, в зависимости от состава сплава в его свойствах будут преобладать свойства того компонента, которого больше в сплаве. Изменение свойств этих сплавов происходит по линейному закону.

Свойства сплавов, затвердевающих по диаграмме состояния II типа (рис. 5.7,6), изменяются по кривой линии. Это связано с тем, что вследствие искажения кристаллической решетки рас­творителя твердый раствор имеет более высокую прочность и твердость, чем исходные компоненты. Следовательно, однород­ные твердые растворы характеризуются повышенными значе­ниями твердости и предела прочности, которые больше средней арифметической величины соответствующих свойств металлов.

При этом высокие прочностные свойства обычно сочетаются с достаточно высокой пластичностью. Поэтому сплавы, обра­зующие однородные твердые растворы, обычно легко обраба­тываются давлением (прокаткой, ковкой, штамповкой). Однако эти сплавы обладают невысокими литейными свойствами (склонны к образованию трещин при затвердевании).Н.С.Курнаков показал, что образование твердых растворов всегда приводит к увеличению электросопротивления.

При образовании твердых растворов с ограниченной растворимостью, кристаллизующихся по диаграмме состояния III типа (рис. 5.7, в), свойства однофазных твердых растворов изменяются по кривой линии, а свойства смесей двух фаз.—по прямой.

Работы А. А. Бочвара и его последователей показали, что литейные свойства сплавов, образующих твердые растворы

Состав с плава,%

Рис. 5.7. Связь свойств сплавов с типом диаграмм состояния.

с ограниченной растворимостью, зависят от интервала темпера­тур кристаллизации: чем больше этот интервал, тем меньше жидкотекучесть сплава и тем больше его склонность к ликвации. Поэтому для получения хороших литейных свойств кон­центрация компонентов сплавов должна превышать их макси­мальную растворимость в твердом состоянии и быть близкой к эвтектическому составу.

Однофазные сплавы твердых растворов с ограниченной рас­творимостью обладают высокой пластичностью и хорошо про­катываются, куются, прессуются. Но при появлении в структуре эвтектики пластичность резко снижается. Поэтому для деформируемых сплавов, затвердевающих по диаграмме состояния III типа, максимум растворимости при эвтектической температуре является верхним пределом содержания компонентов.

Сплавы, имеющие двухфазную структуру твердых раствoров, взаимная растворимость которых практически не изменяется при высокой температуре (линии DF и ЕG вертикальны, см. рис. 5.5, a), весьма устойчиво сохраняют при высокой тем­пературе твердость и прочность. Эти сплавы применяют в качестве жаропрочных материалов.

Характерной особенностью свойств сплавов, кристаллизую­щихся по диаграмме состояния IV типа (рис. 5.7, г), является большая твердость, повышенная хрупкость, малая способность

к пластической деформации и высокое электросопротивление.

Диаграмма зависимости свойств от состава состоит из прямых линий (в ряде случаев из кривых); пересекающихся в точке, соответствующей чистому химическому соединению и называе­мой сингулярной (особой) точкой. Концентрация химического соединения отвечает максимуму или минимуму свойств (напри­мер, максимуму твердости и минимуму пластичности).

Твердость многих химических соединений значительно превосходит твердость более твердого компонента. Например, олово и магний, медь и олово и другие образуют очень твердые хи­мические соединения Мg₂Sn, СuзSn и т. д. Особенно резко по­вышается твердость при образовании химического соединения некоторых металлов с металлоидами—углеродом и азотом. Карбиды вольфрама, ванадия, титана, железа и других метал­лов обладают весьма большой твердостью, в то время как указанные чистые металлы имеют низкую твердость. Поэтому подобные химические соединения широко применяют для изго­товления режущего инструмента.

На примере любого типа диаграмм состояния видно, что ко­личественные изменения концентрации (состава) сплавов при­водят к качественным изменениям их свойств.

Таким образом, зная связь между свойствами сплавов и ти­пом диаграмм состояния, можно предвидеть изменение свойств в зависимости от изменения состава сплава. Важна и обратная задача—по виду кривой какого-либо свойства определить воз­можный тип диаграммы состояния сплава.

Контрольные вопросы

1. Что такое элементарная кристаллическая ячейка (решетка), основные типы кристаллических решеток? Каковы виды дефектов строения реальных кристаллических решеток?

2. Назовите виды взаимодействия компонентов в сплавах при их кри­сталлизации.

3. Какие существуют типы диаграмм двухкомпонентных систем?

4. Какова связь свойств сплавов с типом, диаграмм состояния?

5. Какое влияние на свойства сплава оказывает его состав?

Дата добавления: 2014-01-11