Диаграмма состояния двойных сплавов и возможности термической обработки (методические указания для лабораторных работ)
Раздел ГРНТИ: Металловедение
Л.П.Кочеткова
Киров, 2004 г.
Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям. |
Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение фазового и структурного состава сплава в зависимости от температуры и концентрации.
Зная диаграмму, можно представить полную картину формирования структуры любого сплава, определить температуру плавления и кристаллизации сплава, оценить жидкотекучесть выбранного сплава, сделать заключение о возможности и условиях обработки сплава давлением. Диаграммы состояния позволяют определить режим термической обработки, необходимый для конкретного сплава. Диаграмму состояний строят в двух измерениях: по оси ординат откладывается температура, по оси абсцисс – концентрация (рис.1).
Для построения Диаграммы состояний необходимо экспериментально определить критические точки (температуры фазовых превращений) как для чистых компонентов А и В, так и для сплавов различных концентраций. Чтобы установить критические точки необходимо:
- приготовить ряд сплавов, например, I, II, III, IV, V, состав которых отмечен на рис.1 ( в данном случае I и V являются чистыми компонентами системы А и В);
- расплавить сплавы и провести их медленное охлаждение, фиксируя зависимость понижения температуры от времени охлаждения;
- построить кривые охлаждения каждого сплава;
- по перегибам и остановкам на кривых охлаждения определить критические температуры, при которых происходят фазовые превращения.
Соединив точки, имеющие одинаковую физическую сущность, получим диаграмму состояния сплавов компонентов А и В.
На диаграмме верхнюю линию как геометрическое место критических точек, при которых начинается процесс первичной кристаллизации, называют линией ликвидус. Выше этой линии сплавы находятся в жидком состоянии. Нижнюю линию как геометрическое место критических точек, при которых заканчивается процесс первичной кристаллизации, называют линией солидус. Между линиями ликвидус и солидус часть сплава существует в жидком состоянии, часть сплава – в твердом состоянии.
Строение (структура) металлических сплавов зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты при их плавлении и кристаллизации. Элементы, обладающие взаимной растворимостью в жидком состоянии, в результате совместной кристаллизации могут по-разному взаимодействовать, образуя при этом в твердом состоянии твердые растворы, механические смеси или химические соединения.
Рассмотрим типовые примеры диаграмм состояния двойных сплавов, обращая особое внимание на превращения в твердом состоянии.
1. диаграмма состояния сплавов, компоненты которых полностью растворимы в жидком и твердом состояниях (Ni-Cu, Ag-Au, Mo-W, Mo-V и др.)
Полная взаимная растворимость в твердом состоянии возможна тогда, когда оба компонента имеют одинаковый тип кристаллической решетки и атомные диаметры компонентов мало отличаются по размерам. Такая диаграмма (рис.2) состоит из двух линий – ликвидус и солидус. ликвидус и солидус пересекаются между собой в точках кристаллизаций чистых компонентов А и В (А′ - это температура плавления – кристаллизации компонента А; В′ - температура плавления - кристаллизации компонента В). Все сплавы затвердевают в интервале температур.
Для анализа данной Диаграммы достаточно рассмотреть один (любой) сплав. Рассмотрим для примера сплав 1, содержащий 40% А и 60% В. Выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии. процесс кристаллизации начинается при температуре t1. Проведя изотерму, определим, что из жидкости выпадают кристаллы α-твердого раствора концентрации точки 1′ (5%А+95% В). При температуре 2 выпадают кристаллы α-твердого раствора, концентрация которых определяется проекцией 2′ на ось концентрации (30% А + 70% В), а оставшийся жидкий сплав имеет состав точки 2′′ (83%А + 17% В). При температуре 3 процесс кристаллизации закончится, сплав полностью затвердеет. Таким образом, для выбранного сплава концентрация α-твердой фазы изменяется по линии солидус от точки 1′ до 3, а жидкой фазы – по линии ликвидуса от точки 1 до точки 3′′.
При медленном охлаждении сплава успевают пройти процессы диффузии, благодаря чему состав всех выпавших кристаллов α-твердого раствора выравнивается, стремясь к исходному (50% А + 50% В). После медленного охлаждения сплав 1 (как и все другие сплавы этой системы) будет иметь однородную зернистую структуру, состоящую из кристаллов α-твердого раствора
Реальные Диаграммы состояния