- •Содержание:
- •Тема №1: Строение металлических сплавов.
- •1.1. Фаза металлических сплавов.
- •1.2. Понятие диаграммы состояния сплава.
- •1.3. Построение диаграмм состояния термическим методом.
- •Тема №2: Основные типы диаграмм состояния двух компонентных сплавов.
- •2.1. Диаграммы состояния для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии.
- •2.2. Правило отрезков.
- •2.3. Диаграмма состояния для сплавов образующие механические смеси из чистых компонентов.
- •2.4. Диаграммы состояния для сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии.
- •2.5. Диаграммы состояния для сплавов компоненты которых образуют химическое соединение.
- •2.6. Диаграммы состояния для сплавов, компоненты которых испытывают полиморфные превращения.
- •Тема №3: Диаграмма состояния железо-углеродистых сплавов.
- •3.1. Структурные составляющие сплавов железа с углеродом.
- •3.2. Диаграмма состояний железоуглеродистых сплавов.
- •3.3 Фазовые превращения в сталях.
- •3.4. Фазовые превращения в чугунах.
- •Тема №4: Углеродистые стали и чугуны.
- •4.1. Общая характеристика и получение сталей и чугунов.
- •4.2. Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства углеродистых сталей.
- •4.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей.
- •4.4. Микроструктура и свойства чугунов.
- •4.5. Образование графитных включений в чугунах.
- •Тема №5: Теоретические основы термической обработки.
- •5.1. Общие сведения по теоретической обработке сталей.
- •5.2. Образование аустенита из перлита при нагреве углеродистых сталей.
- •5.3. Превращение аустенита в перлит при равновесном охлаждении сплава. Диаграмма изотермического распада аустенита.
- •5.4. Мартенситное превращение аустенита.
- •5.5. Превращения при отпуске закалённых сталей.
- •Тема №6: Технология термообработки углеродистой стали.
- •6.1. Отжиг и нормализация.
- •6.2. Закалка и отпуск углеродистых сталей.
2.4. Диаграммы состояния для сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии.
Растворимые сплавы, компоненты которых A и B в жидком состоянии неограниченно растворимы друг в друге, а в твёрдом состоянии растворяются друг в друге ограниченно, образуя ограниченные твёрдые растворы: A(B)=α, B(A)=β. Для таких сплавов возможны два типа диаграмм состояний: диаграмма с эвтектикой и перитектикой. Диаграмма с эвтектикой выглядит следующим образом.

На
этой диаграмме линия CED
– линия ликвидус. Линия CFGD
– линия солидус. Горизонтальная линия
FG
– является линией эвтектического
превращения. При температурах
соответствующей этой линии, наблюдается
эвтектическое превращение, соответствующая
схема которого следующая:
.
Жидкий расплав состава точки E при T=const превращается в механическую смесь кристаллов α – фазы состава точки F и кристаллов β – фазы состава точки G (α - ограниченный раствор A(B), β – ограниченный раствор B(A)). Такую механическую смесь называют эвтектикой. Линия FQ – показывает изменение с температурой, придельную растворимость компонента B в компоненте A. Как видно из диаграммы, с уменьшением температуры растворимость компонента B в α – фазе уменьшается. Линия GR показывает изменение с температурой придельной растворимости компонента A в β – фазе. Поскольку эта линия вертикальная это означает, что растворимость компонента A в β – фазе не меняется.
Рассмотрим процесс затвердевания трёх сплавов различного состава (I, II, III).
Сплав
I
выше точки 1 в жидком расплавленном
состоянии. В точке 1 начинается процесс
кристаллизации. При этом в жидком
расплаве появляются зародыши кристаллов
α - фазы. По мере уменьшения температуры
от точки 1 до точки 2 доля кристаллов α
– фазы нарастает, а доля жидкого расплава
уменьшается. В точке 2 процесс кристаллизации
завершается полным превращением жидкости
в твёрдые кристаллы α – фазы. В интервале
температур от 2 до 1, сплав состоит только
из кристаллов α – фазы. В точке 3
растворимость компонента B
в α – фазе достигает своего п
ридельного
значения, поэтому ниже точки 3 компонентB
становится избыточным в α – фазе и
начинает выделяться из неё, при этом
образуются кристаллы β – фазы, которой
называют вторичной,
в отличии от первичной, образующейся
из жидкого расплава. Её обозначают βII.
По сути эта та же β – фаза, но отличается
своим происхождением. Ниже точки 3 сплав
I
будет состоять из зёрен α – фазы с
вкраплениями кристаллов вторичной β –
фазы.
С
плавII
начинает кристаллизоваться в точке 4 с
выпадением из жидкости твёрдой α - фазы.
По мере уменьшения температуры от точки
1 до точки 5 количество кристаллов α –
фазы нарастает, а доля жидкости
уменьшается, при этом изменяется
химический состав жидкой и твёрдой
фазы, за счёт перераспределения
компонентов. В точке 5 жидкий расплав
будет иметь химический состав,
соответствующий точке E,
т.е. эвтектический. Эта жидкость, при
указанной температуре превращается в
эвтектику по схеме (2). В данном случае
эвтектика представляет собой механическую
смесь α и β – фаз. После завершения
эвтектического превращения, сплав II
будет состоять из состава точки F
и эвтектики, представляющий собой
механическую смесь кристаллов α – фазы
состава точки F
и β – фазы сплава точки G.
Ниже точки 5 наблюдается уменьшение
растворимости компонента B
в α – фазе. Поэтому избыточный компонент
B
из α – фазы выделяется и образует
кристаллы вторичного компонента B.
Эти кристаллы наблюдаются только в
зёрнах α – фазы. Вторичная же β – фазы
образовавшаяся из кристаллов фазы
эвтектики объединяется с β – фазой
эвтектики и поэтому структурно не
обособляется и не обнаруживается. Кривая
охлаждения для сплава II
выглядит следующим образом.
Сплав III кристаллизуется аналогично сплаву II, с той лишь разницей, что сначала из жидкости выпадают кристаллы β – фазы, а не α – фазы. Кристаллизация также завершается образованием эвтектики по схеме (2). Поэтому ниже линии эвтектического превращения этот сплав состоит из зёрен β – фазы и эвтектики. В данном случае выделение вторичной α – фазы не наблюдается, потому что раствор компонента A с уменьшением температуры не меняется.
Диаграмма с перитектикой выглядит следующим образом.

Линия CED – является линией ликвидус. Линия CBFD – линия солидус. Горизонтальная линия EF – линия перитектического превращения.
Перитектическим
превращением
называется такое превращение, когда
при взаимодействии жидкого расплава с
твёрдой фазой образуется другая твёрдая
фаза. В данном случае, схема перитектического
превращения может быть записана следующим
образом:
.
То есть жидкий расплав состава точкиE
взаимодействует с
фазой
состава точкиF
и при этом образуется
фаза
состава точкиE.
![]()
Перитектическая
реакция, также как и эвтектическая, идёт
при постоянной температуре. Для
образования
фазы
из жидкости и
фазы
перитектической реакции, необходимо
чтобы соблюдалось следующее соотношение
фаз: отношение жидкой к
фазе,
должно быть таким же как отношение
отрезка
.
Рассмотрим
процесс затвердевания двух сплавов
различного состава (I
и II).
Сплав I
начинает кристаллизоваться в точке 1 с
выпадением из жидкого расплава кристаллов
фазы.
По мере уменьшения температуры от точки
1 до точки 2 доля этих кристаллов нарастает,
а относительное количество жидкой фазы
уменьшается. При этом изменяется
химический состав обеих фаз, так что
они обогащаются компонентомA
(можно определить с помощью правила
отрезков). В точке 2 сплав будет состоять
из жидкого расплава состава точки E
и
фазы
точкиF.
При этом соотношение жидкой и твёрдой
фазы будет равно отношению отрезков
.
При указанной температуре, т.е. в точке
2, будет происходить перитектическое
превращение по схеме (3). Однако в данном
случае отношение
,
т.е. наблюдается избыток
фазы
по сравнению с жидкой фазой. В результате
после перитектического превращения
наряду с
фазой,
в сплаве наблюдается избыточная
фаза.
Ниже токи 2, и вплоть до комнатной
температуры, сплав состоит из зёрен
фазы
и
фазы.
Е
сли
состав сплава соответствует точкеP
или H,
то тогда в перитектической реакции
соотношение жидкой и твёрдой фазы точно
равно
.
В результате после перитектического
превращения наблюдается только
фаза
образованная из жидкой и
фазы.
Сплав
II
начинает кристаллизоваться в точке 3
также с выпадением из жидкой фазы
кристаллов
фазы.
По мере уменьшения температуры от точки
3 до точки 4, доля кристаллов нарастает,
а жидкости уменьшается. Изменяется и
химический состав. В точке 4 сплав будет
состоять из жидкой фазы состава точкиE
и
фазы
на линииF.
Причём отношение жидкой фазы к твёрдой
фазе
,
таким образом, наблюдается избыток
жидкой фазы необходимый для перитектической
фазы
.
В
результате после перитектического
превращения сплав будет состоять не
только из кристаллов
фазы
и этой избыточной жидкости. В диапазоне
температур от точки 4 до точки 5 наблюдается
кристаллизация этой жидкости с
образованием
фазы.
Ниже точки 5 сплав будет состоять только
из кристаллов
фазы.
Кривая охлаждения для сплаваII
будет выглядеть следующим образом.
Сплавы
расположенные левее точки E не испытывают
перитектического превращения. Они
кристаллизуются сразу в
фазы.
Сплавы располагающиеся правее точки G
тоже не испытывают перитектического
превращения.
