Задание для самостоятельной работы

Лекция № 8

Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов.

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (сплавы твердые растворы с неограниченной растворимостью)

Диаграмма состояния и кривые охлаждения сплавов системы представлены на рис. 1.

Рис.1.Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (а);кривые охлаждения типичных сплавов (б)

Сначала получают термические кривые. Полученные точки переносят на диаграмму, соединив точки начала кристаллизации сплавов и точки конца кристаллизации, получают диаграмму состояния.

Проведем анализ полученной диаграммы.

1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В).

2. Число фаз: f = 2 (жидкая фаза L, кристаллы твердого раствора - раствор В в А)

3. Основные линии диаграммы:

· acb – линия ликвидус, выше этой линии сплавы находятся в жидком состоянии;

· adb – линия солидус, ниже этой линии сплавы находятся в твердом состоянии.

4. Характерные сплавы системы:

Чистые компоненты А и В кристаллизуются при постоянной температуре, кривая охлаждения компонента В представлена на рис. 1,б.

Остальные сплавы кристаллизуются аналогично сплаву I, кривая охлаждения которого представлена на рис. 1., б.

Процесс кристаллизации сплава I:

1.До точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии.

2. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации твердого раствора .

3.На участке 1–2 идет процесс кристаллизации кристаллов твердого раствора , количество которого увеличивается, а жидкой фазы уменьшается.

4.При достижении температуры соответствующей точке 2, сплав затвердевает.

5. При дальнейшем понижении температуры охлаждается сплав в твердом состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора .

Схема микроструктуры сплава представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема микроструктуры сплава – однородного твердого раствора

А(В) - твердый раствор В в А, в котором компонент А сохранил свою решетку, а В растворился в А, отдал свои атомы в его решетку.

Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии (механические смеси)

Диаграмма состояния и кривые охлаждения типичных сплавов системы представлены на рис. 3.

Рис. 3. Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии (а) и кривые охлаждения сплавов (б)

Проведем анализ диаграммы состояния.

1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В);

2. Число фаз: f = 3 (кристаллы компонента А, кристаллы компонента В, жидкая фаза).

3. Основные линии диаграммы:

· линия ликвидус acb, состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке;

· линия солидус ecf, параллельна оси концентраций, стремится к осям компонентов, но не достигает их;

4. Типовые сплавы системы.

а) Чистые компоненты, кристаллизуются при постоянной температуре, на рис 3. б показана кривая охлаждения компонента А.

б). Эвтектический сплав – сплав, соответствующий концентрации компонентов в точке с (сплав I). Кривая охлаждения этого сплава, аналогична кривым охлаждения чистых металлов (рис. 3 б)

Эвтектика (от лат. – одновременно) – мелкодисперсная механическая смесь разнородных кристаллов, кристаллизующихся одновременно, быстро при постоянной, самой низкой для рассматриваемой системы, температуре, которую называют эвтектической.

При образовании сплавов механических смесей эвтектика состоит из кристаллов компонентов А и В: Эвт. (кр. А + кр. В)

Процесс кристаллизации эвтектического сплава:

1. До точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии.

2. При температуре, соответствующей точке 1, начинается одновременная кристаллизация двух разнородных компонентов и заканчивается в этой же точке. Такое превращение называют эвтектическим. Линия эвтектического превращения на диаграмме соответствует эвтектической температуре – это линия ecf. При охлаждении сплавов до этой температуры (доэвтектических, эвтектических и заэвтектических) происходит эвтектическое превращение жидкого сплава в эвтектику: Эвт. (кр.А + кр.В).

3. Ниже точки 1 охлаждается сплав, состоящий из дисперсных разнородных кристаллов компонентов А и В.

Точка «с» делит диаграмму на 2 части. Сплавы, находящиеся до точки «с» называются доэвтектическими, а те, которые находятся после точки «с» - заэвтектическими.

Процесс кристаллизации сплава II (заэвтектического)

1.До точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации избыточного компонента В.

2. На участке 1–2 идет процесс дальнейшей кристаллизации компонента В, количество которого растет, а количество жидкой фазы уменьшается.

3. В точке 2 кристаллизуется эвтектика (см. кристаллизацию эвтектического сплава). Ниже точки 2 охлаждается сплав, состоящий из кристаллов первоначально закристаллизовавшегося избыточного компонента В и эвтектики.

Схема микроструктуры сплава представлена на рис. 4.

Рис. 4. Схема микроструктур сплавов: а – доэвтектического, б – эвтектического, в – заэвтектического

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Диаграмма состояния и кривые охлаждения типичных сплавов системы представлены на рис. 5.

1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В);

2. Число фаз: f = 3 (жидкая фаза и кристаллы твердых растворов (раствор компонента В в компоненте А) и ( раствор компонента А в компоненте В));

3. Основные линии диаграммы:

· линия ликвидус acb, состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке;

· линия солидус аdcfb, состоит из трех участков;

· dm – линия предельной концентрации компонента В в компоненте А;

· fn – линия предельной концентрации компонента А в компоненте В.

4. Типовые сплавы системы.

При концентрации компонентов, не превышающей предельных значений (на участках Аm и nВ), сплавы кристаллизуются аналогично сплавам твердым растворам с неограниченной растворимостью, см кривую охлаждения сплава I на рис. 5 б. При концентрации компонентов, превышающей предельные значения (на участке dcf), сплавы кристаллизуются аналогично сплавам механическим смесям, см. кривую охлаждения сплава II на рис. 5. б.

Рис. 5. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (а) и кривые охлаждения типичных сплавов (б)

Сплав с концентрацией компонентов, соответствующей точке с, является эвтектическим сплавом. Сплав состоит из мелкодисперсных кристаллов твердых растворов и , эвт. (кр. тв. р-ра + кр. тв. р-ра )

Кристаллы компонентов в чистом виде ни в одном из сплавов не присутствуют.

Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения

Диаграмма состояния сплавов представлена на рис. 6.

Рис. 6. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения

Диаграмма состояния сложная, состоит из нескольких простых диаграмм. Число компонентов и количество диаграмм зависит от того, сколько химических соединений образуют основные компоненты системы.

Число фаз и вид простых диаграмм определяются характером взаимодействия между компонентами.

Эвт₁ (кр. А + кр. AmBn);

Эвт₂ (кр. B + кр. AmBn).

Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (переменная растворимость)

Диаграмма состояния представлена на рис. 7.

По внешнему виду диаграмма похожа на диаграмму состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Отличие в том, что линии предельной растворимости компонентов не перпендикулярны оси концентрации. Появляются области, в которых из однородных твердых растворов при понижении температуры выделяются вторичные фазы.

На диаграмме:

· df – линия переменной предельной растворимости компонента В в компоненте А;

· ek – линия переменной предельной растворимости компонента А в компоненте В.

Кривая охлаждения сплава I представлена на рис.7 б.

Рис.7. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (а) и кривая охлаждения сплава (б)

Процесс кристаллизации сплава I ( доэвтектического):

1.До точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии.

3.На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре. Количество твердого раствора увеличивается, а жидкой фазы уменьшается.

3.При достижении температуры соответствующей точке 2, сплав затвердевает

4. При дальнейшем понижении температуры охлаждается сплав в твердом состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора .

5.При достижении температуры, соответствующей точке 3, твердый раствор оказывается насыщенным компонентом В, при более низких температурах растворимость второго компонента уменьшается, поэтому из твердого раствора начинает выделяться избыточный компонент в виде кристаллов . Происходит вторичная кристаллизация, в результате которой выделяется вторичная твердая фаза за счет снижения растворимости одного компонента в другом.

6.За точкой 3 сплав состоит из двух фаз: кристаллов твердого раствора и вторичных кристаллов твердого раствора .

Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния

Так как вид диаграммы, также как и свойства сплава, зависит от того, какие соединения или какие фазы образовали компоненты сплава, то между ними должна существовать определенная связь. Эта зависимость установлена Курнаковым, (см. рис. 8.).

Рис. 8. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния

1. При образовании механических смесей свойства изменяются по линейному закону. Значения характеристик свойств сплава находятся в интервале между характеристиками чистых компонентов.

2. При образовании твердых растворов с неограниченной растворимостью свойства сплавов изменяются по криволинейной зависимости, причем некоторые свойства, например, электросопротивление, могут значительно отличаться от свойств компонентов.

3. При образовании твердых растворов с ограниченной растворимостью свойства в интервале концентраций, отвечающих однофазным твердым растворам, изменяются по криволинейному закону, а в двухфазной области – по линейному закону. Причем крайние точки на прямой являются свойствами чистых фаз, предельно насыщенных твердых растворов, образующих данную смесь.

4. При образовании химических соединений концентрация химического соединения отвечает максимуму на кривой. Эта точка перелома, соответствующая химическому соединению, называется сингулярной точкой.

Сплавы типа твердые растворы с неограниченной растворимостью компонентов имеют хорошую обрабатываемость давлением – ковкость, т.к. имеют однофазную структуру.

Сплавы – механические смеси имеют хорошие антифрикционные свойства и используются для вкладышей подшипников.

Эвтектические сплавы и сплавы, близкие к эвтектическому составу имеют хорошие литейные свойства, так как кристаллизуются довольно быстро, и слитки имеют достаточно однородный состав.

Сплавы – химические соединения, как правило, твердые и прочные.

Задание для самостоятельной работы

По рис. 7 описать кристаллизацию заэвтектического сплава, содержащего 90% компонента В и 10% А соответственно.

Для решения необходимо из точки на оси концентраций, которая соответствует 90% компонента В провести линию этого сплава (перпендикулярную), найти точки пересечения этой линии с линиями диаграммы и описать превращения, как было рассмотрено выше.

!!! Обратите внимание на область bck на диаграмме (рис.7.) Это область - твердого раствора. На рисунке не отмечено. Необходимо указать.

Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 54; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!