Сплавы. Диаграммы плавкости

Сплав представляет собой раствор одного вещества в другом. Процесс плавления и кристаллизации сплавов удобно изображать на диаграммах состояния (диаграммах плавкости). Состояние однокомпонентного вещества однозначно описывается двумя параметрами, например, давлением и температурой. В случае двухкомпонентного сплава (другие не рассматриваются) необходимо знать еще один параметр, например, концентрацию. В случае трех параметров равновесные состояния графически изображаются не линией, а поверхностью. Полагая давление постоянным, можно изображать двумерные диаграммы состояния температура – концентрация. Она будет представлять сечение трехмерной поверхности плоскостью .

Охлаждающийся бинарный сплав при некоторой температуре начинает кристаллизоваться. Рассмотрим два простейших случая. 1) Образующиеся кристаллы содержат каждый только один из компонентов. Тогда отвердевший сплав будет состоять из кристаллов обеих составных частей сплава, и не будет смесью атомов в общей решетке. 2) Образующиеся кристаллы состоят из атомов обоих компонентов, располагающихся в узлах общей для них кристаллической решетки. В этом случае образуется твердый раствор. Для первого типа сплава на рис.73 показана простейшая диаграмма плавкости. Диаграмма показывает зависимость температуры плавления от состава сплава, состоящего из двух компонентов А и В. По оси абсцисс слева и справа отложены концентрации обоих компонентов. Концентрация компонента А растет справа налево и точка А соответствует чистому (100%) веществу А. Концентрация вещества В растет слева направо и точка В соответствует чистому (100%) веществу В. По оси ординат отложены температуры плавления сплавов. Точки t_A и t_B соответствуют температурам плавления чистых компонентов. Начиная от точки t_A, температура плавления компонента А понижается по мере роста концентрации в нем компонента В. Также ведет себя и температура плавления компонента В. В некоторой точке обе кривые пересекаются. Точка пересечения С соответствует самой низкой температуре плавления сплава, а ее координаты – составу сплава с такой температурой плавления. Такой сплав называется эвтектическим, а температура его плавления – эвтектической точкой.

Если охлаждать сплав, концентрация которого соответствует точке К (слева от эвтектического состава) то при достижении температуры в точке К₁, компонент А начнет кристаллизоваться и выпадать в виде кристаллов в жидком расплаве. При этом концентрация компонента В в расплаве начинает расти, что понижает точку кристаллизации сплава. И по мере понижения температуры все время будет изменяться состав расплава, пока он не станет эвтектическим. После этого жидкий расплав отвердеет и образует смесь кристалликов обоих компонентов, характерную для эвтектики. Первоначально выпавшие кристаллы компонента А окажутся отделенными от твердой эвтектики.

Область температур и концентраций, лежащая выше линии t_ACt_B, является областью жидкой фазы. Область между этой кривой и горизонтальной линией MN – это область, в которой кристаллы А или В находятся в жидком расплаве. Область ниже горизонтальной прямой MN – это область твердого состояния, причем в левой ее части кристаллы А вкраплены в эвтектику, а в правой – кристаллы В.

Характерным свойством сплавов является то, что их отвердевание происходит не при одной температуре, как у однокомпонентных веществ, а в некотором температурном интервале. Отвердевание начинается на линии t_ACt_B, которая называется линией ликвидуса, и заканчивается на линии MN, которая называется линией солидуса. Только сплав эвтектического состава затвердевает сразу в эвтектической точке. Пример. Бинарный сплав олово – цинк. Олово плавится при температуре 505К, цинк – при температуре 692К, а температура плавления эвтектики (8% цинка) равна 432К.

Для сплавов другой группы, которые образуют твердые растворы, диаграмма состояния имеет другой вид, показанный на рис.74 Область, расположенная выше замкнутой кривой t_AC t_B,

- это область жидкого состояния. Ниже – твердого. Верхняя кривая t_ACt_B (линия ликвидуса) представляет собой зависимость температуры отвердевания жидкого сплава от его состава. Нижняя – зависимость температуры плавления твердого сплава от концентрации. Т.е. при одном и том же составе сплава его температура плавления отличается от температуры отвердевания. Наоборот, при одной и той же температуре плавится сплав одного состава, а кристаллизуется другого. Отвердевание и плавление происходят не при одной определенной температуре, а в некотором интервале температур. Если охлаждать сплав состава, изображенного точкой К, то по достижении температуры, соответствующей точке , начнут выпадать кристаллы, состав которых задается не точкой К, а . Они будут содержать больше компонента В, чем жидкий сплав. Жидкость будет обогащаться компонентом А и температура отвердевания будет понижаться вдоль нижней кривой. Область, заключенная внутри замкнутой кривой t_AC t_B, состоит из жидкого сплава и кристаллов твердого раствора.

Дата добавления: 2014-01-07