1.2. Понятие диаграммы состояния сплава.

Под состоянием сплава понимается его фазовый состав, т.е. сколько фаз наблюдается в сплаве, тип этих фаз, их относительное количество и химический состав. Диаграмма состояния сплава представляет собой графическое изображение, отображающее фазовый состав сплава в зависимости от его температуры и концентрации компонента. Если сплав двух компонентный, то диаграмма его состояния имеет плоский двух мерный вид.

Здесь по оси Y отложена температура в градусах Цельсия, а по оси X концентрация компонентов. Крайняя левая точка этой шкалы соответствует чистому компоненту . Крайняя правая точка соответствует чистому компонентуB. Средняя точка отражает состав сплава, в котором 50% компонента A и 50% B. Как правило на диаграмме указывается содержание одного из компонентов (обычно ). Концентрацию другого компонента определяется простым вычитанием из 100%.

Каждая точка диаграммы состояния отражает фазовый состав сплава конкретного состава, находящегося при определённой температуре. Так точка S отражает фазовый состав сплав с концентрацией компонента K₁, находящегося при определённой температуре T₁. При этом отражается равновесное состояние сплава. Поэтому диаграмму состояния иногда называют диаграммами фазового равновесия или равновесными диаграммами. Если сплав трёх или более компонентный, то его диаграмма представляет собой сложный пространственный характер. В таком случае приводят последовательность двух мерных срезов такой диаграммы. С помощью диаграммы состояния можно определять температуру начала и завершения процесса кристаллизации любого сплав, а также температуры фазовых превращений этих сплавов, количество различных фаз и их тип, химический состав при любой температуре.

Точки однотипных фазовых превращений на диаграмме соединяется линиями. Например, множество точек, отражающих начало процесса кристаллизации сплавов, различных составов, называют линией Ликвидуса, совокупность точек отражающих температуру завершения процесса кристаллизации, называют линией Солидус. Линии диаграмм ограничивают области существования различных фаз.

1.3. Построение диаграмм состояния термическим методом.

Обычно диаграмма состояния строят экспериментальным способом, использую так называемый термический метод. Суть этого метода состоит в следующем: сначала выбирают сплавы различного состава с определённым шагом, например 5, 10, 5 … компонента B. Чем чаще шаг, тем точнее будут исследования. Эти сплавы нагревают до расплавленного состояния и начинают охлаждать на воздухе. При этом через равные промежутки измеряется температура охлаждающих сплавов с помощью термопары. В результате получают серию кривых охлаждения, т.е. графиков зависимости температуры конкретного сплава от температуры.

Угол наклона кривой охлаждения отражает скорость охлаждения сплава. Если угол наклона равен нулю (горизонтальный участок), то скорость охлаждения равна 0. По точкам “перегиба” и точкам остановок, определяют температуры фазовых превращений в сплаве. Так точкаT₁ соответствует температуре начала кристаллизации сплава, при этом наблюдается уменьшение скорости охлаждения сплава за счёт выделения скрытой теплоты кристаллизации, которая компенсирует отвод тепла от сплава. Параллельно методом рентгеноструктурного анализа и микроскопии определяется структура и фазовый состав конкретных сплавов в определённых температурных интервалов. Затем полученные данные наносят на диаграмму, т.е. для каждого конкретного сплава указываются температуры фазовых превращений и его структура в соответствующих температурных интервалах. Точки однотонных фазовых превращений соединяют линиями. В результате получается диаграмма состояния сплава.

Для примера построим диаграмму состояния сплава свинец-сурьма (Pb – Sb). Для этого выберем четырёх конкретных сплава:

1. 

2. 

3. 

4. 

Кривые охлаждения этих сплавов выглядят следующим образом.

Затем эти точки фазовых превращений наносим на диаграмму.