14. Диаграммы состояния сплавов, характеризующие превращение в твердом состоянии.
Диаграммы состояния.
Рассматриваются только бинарные сплавы.
Диаграмма состояния – график, описывающий изменение структурного и фазового состава сплава при изменении температуры. Диаграммы состояния строятся в координатах температура – химический состав. Все диаграммы строятся экспериментально.
Существует несколько основных типов диаграмм состояния бинарных сплавов металлов:
Диаграммы I рода.
Компоненты не растворимы друг в друге в твердом состоянии.
Основные линии диаграммы:
abc – линия ликвидус – геометрическое место точек начала кристаллизации сплавов различного химического состава: Выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии. L – liquid.
dbe – линия солидус – геометрическое место точек конца процесса кристаллизации; Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии.
abd и bce – двухфазное состояние сплавов – происходит процесс кристаллизации.
Точка b – точка эвтектики; xb – эвтектический состав для данной пары компонентов.
Анализ превращений на диаграмме состояния каждого сплава необходимо вести вдоль вертикальной линии, проходящей через точку на оси химического состава, определяющую суммарный химический состав сплава. То есть состав сплава определяется точкой на диаграмме с координатами температура–химический состав.Структура и фазовый состав будет определяться областью, в которую попадет эта точка. Сплав (3) – эвтектический сплав, включающий в себя оба компонента; кристаллизуется аналогично чистым компонентам при постоянной температуре.
Диаграммы II рода.
Компоненты неограниченно растворимы друг в друге в твердом состоянии.
Компоненты имеют близкие атомные параметры и кристаллические решетки.
– твердый раствор компонентов А и В друг в друге. Для разных веществ химический состав кристаллов будет разный. Кристаллы в ходе кристаллизации имеют разный химический состав между точками (1) и (2). Диаграммы такого типа имеют компоненты близкие по атомным параметрам и по типу кристаллической решетки.
Диаграммы III рода.
Компоненты ограниченно растворимы друг в друге.
abc – линия ликвидус; Xb – химический состав эвтектики.
adec – линия солидус.
df, eg – линии предельной растворимости в твердом состоянии.
– ограниченный твердый раствор компонента А в компоненте В.
– ограниченный твердый раствор компонента B в компоненте А.
Сплав (1): Выше t1 – охлаждение с высокой скоростью, зависящее от внешних условий. 1-2 – первичная кристаллизация, образование твердого раствора. Вследствие низкого содержания компонента А в исходном сплаве при достижении t2 весь компонент А расходуется на образование -кристаллов, следовательно в точке 2 – однофазный твердый сплав. 2-3 – остывание сплава; превращений нет. Ниже температуры t3 – точка 3 соответствует достижению -кристаллического состояния насыщенности, дальнейшее понижение температуры приводит к выделению избыточного компонента А за счет диффузии в небольшие зоны на границе кристаллов. Эти зоны превращаются в мелкие кристаллы , то есть происходит вторичная кристаллизация внутри твердой фазы.
Сплав (2): Процесс аналогичен образованию эвтектики, толь ко вместо чистых компонентов А и В – - и -твердые растворы.
Сплав (3): Выше температуры t4 – охлаждение сплава – превращений нет. t4 – t5 – первичная кристаллизация -кристаллов, при этом содержание компонента А в жидкости уменьшается и состав жидкости постепенно приближается к эвтектическому (при t5). 5–5' – состав жидкости соответствует эвтектическому, идет образование эвтектики (температура постоянна). Температура ниже t5 – охлаждение сплава, вторичная кристаллизация с образованием -вторичных кристаллов. Для заэвтектической области процессы и кривые охлаждения сплавов аналогичны, только - и -кристаллы меняются местами.