Диаграммы состояния сплавов

Для определения количества фаз в сплаве, их соста­ва пользуются диаграммами фазового равновесия — диаграммами состояния.

Диаграмма состояния — графи­ческое изображение фазового состава сплава в состоя­нии равновесия или близком к нему в зависимости от содержания компонентов в сплаве и от температуры.

Температуры, при которых изменяются строение и свойства (происходят фазовые превращения) металлов и сплавов, называют критическими точками. Чистые металлы имеют одну критическую точку, которой явля­ется температура плавления (кристаллизации). Они пла­вятся и затвердевают при одной и той же постоянной температуре. В отличие от чистых металлов сплавы пла­вятся и кристаллизуются в интервале температур, т. е. они имеют две критические точки — температуру нача­ла кристаллизации (полного расплавления) и темпера­туру полного затвердевания (начала плавления) при ох­лаждении расплава (при нагревании сплава).

В расплавленном состоянии металлы обычно неогра­ниченно растворимы друг в друге. В твердом состоянии их взаимная растворимость может изменяться.

Рассмотрим диаграмму состояния сплавов с неограни­ченной растворимостью компонентов в твердом состоя­нии (рис. 6).

Система состоит из двух компонентов А и В, полно­стью растворимых друг в друге в твердом состоянии. Ось абсцисс показывает изменение концентрации раство­ренного компонента В от 0 до 100 %, ось ординат — тем­пературу, при которой рассматривается состояние системы.

Вертикальная линия, соответствующая чистому компоненту А (0 % В), является диаграммой состояния ком­понента А. При нагревании чистого компонента А он находится в твердом состоянии до температуры Т_А, ко­торая является температурой плавления (соответствен­но и температурой кристаллизации). При этой темпера­туре компонент А плавится и выше этой критической точки находится в жидком состоянии.

Вертикальная линия, соответствующая чистому ком­поненту В (100 % В), является диаграммой состояния компонента В. Критическая точка — температура плав­ления

Жидкий раствор (ж)

т;с

Твердый раствор (а)

О 20 40 60 80 100 Содержание компонента В, %

Рис. 6. Диаграмма состояния сплава с неограниченной растворимостью компонентов А и В в твердом состоянии

Сплав с содержанием 50 % В (вертикальная линия I), так же как и другие сплавы системы, имеет две крити­ческие точки T_s — температура начала плавления (кон­ца кристаллизации) и T_L — температура конца плавле­ния (начала кристаллизации). Интервал температур от T_s до T_L — это интервал плавления (кристаллизации) сплава.

Выше температуры T_L сплав находится в расплавлен­ном состоянии, представляет собой однофазную систе­му. Линия, соответствующая температурам, выше кото­рых сплав полностью расплавлен, называется линией ликвидус (линия T_AT_LT_B на рис. 6).

Ниже температуры сплав представляет собой твер­дый раствор L, система однофазна. Линия, соответству­ющая температурам, ниже которых сплав находится полностью в твердом состоянии, называется линией солидус (линия T_AT_ST_B на рис. 6).

В интервале кристаллизации T_L — T_s сплав представ­ляет собой двухфазную систему: часть сплава находит­ся в жидком состоянии (расплав), остальной сплав в твердом состоянии (кристаллы L — твердого раствора).

Рассмотрим диаграмму состояния компонентов с огра­ниченной растворимостью друг в друге в твердом состоя­нии (рис. 7).

Т_А и ТВ— температуры плавления компонентов А и В соответственно. Линия Т_АСТ_В — линия ликвидус. Ли­ния TАECDT_B — линия солидус.

Предельная растворимость компонента В в компо­ненте А соответствует точке F, компонента А в компо­ненте В — точке G. В интервале концентраций, соответ­ствующих точкам F u G, компоненты А и В друг в друге нерастворимы. После кристаллизации сплавы таких концентраций представляют собой двухфазную систему, состоящую из a и b — твердых растворов.

Сплав, соответствующий проекции точки С, являет­ся самым легкоплавким и называется эвтектическим. Этот сплав кристаллизуется (плавится) при постоянной температуре, при этом из расплава кристаллизуются

Содержание компонента В, %

Рис. 7. Диаграмма состояния компонентов с ограниченной растворимостью друг в друге в твердом состоянии

одновременно две твердые фазы (a и b-растворы). Та­кой процесс называется эвтектическим превращением.

Эвтектика — это механическая смесь нескольких твердых фаз, одновременно кристаллизующихся при по­стоянной температуре из расплава.

Сплавы, относящиеся к области левее точки С до точ­ки Е, называются доэвтектическими, правее точки С до точки D — заэвтектическими.

Дата добавления: 2014-01-07