4. Фазовые диаграммы.

Фазовая диаграмма двухкомпонентного сплава строится на основе кривых охлаждения сплава с различным содержанием компонентов. Для каждого конкретного сплава имеются две критические точки на кривой охлаждения, где резко изменяется скорость охлаждения - температуры фазовых превращений. Первая точка соответствует температуре, при которой сплав начинает кристаллизоваться. На фазовой диаграмме эта точка находится на линии ликвидуса. Вторая точка соответствует температуре, при которой сплав состоит только из твердой фазы. На фазовой диаграмме эта точка принадлежит линии солидуса.

Такой тип диаграмм соответствует сплавам с неограниченной растворимостью компонентов в твердом и жидком состояниях. Это происходит, когда компоненты имеют подобную кристаллическую структуру и приблизительно одинаковые атомные радиусы, заряды и валентность. Например, такой тип диаграммы характерен для систем Ni-Cu и Ag-Au. При температуре T₁ для сплава 50%M + 50%N: Состав твердого раствора  определен в точке c - 30%M +70%N. Состав жидкой фазы определен в точке a - 80%M +20%N. % жидкой фазы = bc/ac • • 100% = (70-50)/(70-20) • 100% = 40% % твердого раствора  = ab/ac • 100% = (50-20)/(70-20) • 100% = 60%

Данная диаграмма характерна для сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Имеется две твердые фазы (твердые растворы):  - раствор компонента N в компоненте M и  - раствор компонента М в компоненте N. В точке O (точка эвтектики) три фазы (одна жидкая и две твердые фазы) сосуществуют одновременно при эвтектической композиции и температуре эвтектики.

Линия bd или линия сольвуса описывает изменение максимальной концентрации компонента М в компоненте N. При температуре T₁ максимальная концентрация M в N - 10%. Максимально возможная растворимость компонента M в компоненте N (и наоборот) определяется при температуре эвтектики. На диаграмме эта горизонтальная линия, проходящая через точку эвтектики O.

Все сплавы с составом по линии ab содержат эвтектическую структуру, которая представляет собой чередующиеся слои  и  растворов. Чем ближе сплав к эвтектическому составу, тем больше эвтектики он содержит. Сплавы в пределах линии ab – это смесь  зерен, кристаллизовавшихся раньше эвтектической реакции, и зерен эвтектики. В то время как сплавы справа от точки O - смесь зерен  и эвтектики.

Термическая обработка - технологический процесс, включающий нагрев металла, выдержку его при определенной температуре и затем охлаждение до комнатной температуры для достижения желаемых свойств. Температура нагрева отличается в зависимости от типа обработки и используемого материала. График показывает диапазон температуры нагрева при различных видах термообработки сталей.

Отпуск применяется для закаленных сталей для снижения хрупкости, уменьшения остаточных напряжения и увеличения пластичности. Твердость и прочность уменьшаются, а пластичность возрастает с увеличением температуры отпуска.

Цвета, появляющиеся на поверхности стали, как результат окислительного процесса, отличаются при различных температурах отпуска. Цвет может быть использован как индикатор для того, чтобы достичь желаемых свойств.

Для нелегированной углеродистой стали максимальная твердость зависит от содержания углерода. Скорость охлаждения - важный параметр закалки. Увеличение интенсивности охлаждения стали приводит к ее большей твердости. Скорость охлаждения зависит от типа охлаждающей среды, а также размеров и геометрии детали. Самое быстрое охлаждение можно достичь в воде, более медленное в маслах и самая медленная скорость охлаждения - на воздухе. Перемешивание охлаждающей среды сдерживает образование слоя пара на поверхности детали в воде и масле и, таким образом, достигается более высокая скорость охлаждения.

Круглый стержень, охлаждаемый с одного конца, будет иметь различную твердость по его длине, т.к. при этом изменяется интенсивности охлаждения. Прокаливаемость характеризует скорость этого преобразования. Твердость стали с высокой прокаливаемостью будет изменяться по длине стержня менее быстро, чем твердость стали с низкой прокаливаемостью. Легирование увеличивает прокаливаемость сталей за счет того, что легирующие элементы способствуют образованию мартенсита.

Старение (дисперсионное твердение) включает три стадии: 1. Сплав нагревают выше линии сольвуса ab и выдерживают до тех пор, пока не будет сформирован гомогенный твердый раствор . 2. Сплав быстро охлаждают, чтобы сохранить пересыщенный твердый раствор. 3. Сплав снова нагревают для осаждения очень маленьких кристаллов  фазы. Старение сплавов, состав которых расположен слева от точки a, неосуществимо из-за невозможности образования пересыщенного твердого раствора.

Отжиг часто используется для смягчения металла, подвергнутого пластическому деформированию, для дальнейшего формование. Комбинируя волочение и отжиг, из толстой проволоки может быть получена очень тонкая проволока.