Понятия о диаграммах состояния

Все процессы, протекающие в сплавах в зависимости от температуры и концентрации, находят отражение в диаграмме состояния. Диаграмма состояния строится в координатах: температура — концентрация. По вертикальной оси откладывается температура в градусах Цельсия, а по горизонтальной оси — концентрация элементов.

Курнаков, исследуя различные свойства сплавов в зависимости от состава (концентрации), установил, что между характером диаграмм состояния и свойствами сплавов (механическими и физическими) существует определенная зависимость. Эта зависимость выражается диаграммами «состав—свойства» (диаграмма Курнакова).

На рисунке 9 приведены основные типы диаграмм равновесного состоянияй сплавов и диаграмм «состав—свойства». Линии асb (рис. 9, І, ІІ, ІІІ) называются линиями ликвидус (на линии ликвидус лежат температуры начала кристаллизации сплавов). Выше линии ликвидус сплавы находятся в жидком состоянии и представляют собой однородный жидкий раствор.

Линии dс, называются линиями солидус (на линии солидус лежат температуры конца кристаллизации сплавов). Ниже линии солидус все сплавы находятся в твердом состоянии, характерном для каждого типа диаграмм состояний.

Между линиями ликвидус и солидус сплавы состоят из 2 фаз: жидкой и твердой.

Для определения количества жидкой и твердой фаз при любой температуре, лежащей между линиями ликвидус и солидус, пользуются правилом отрезков или правилом рычага.

Рис. 9. Зависимость между диаграммами состояния и свойствами представляемых ими сплавов (Курнаков)

Правило отрезков формулируется: «Количество твёрдой и жидкой фаз данного сплава при данной рассматриваемой температуре обратно пропорционально отрезкам каноды, проведённой через данную точку до пересечения с линиями ликвидус и солидус».

У жидкой фазы определённого состава будет происходить одновременная кристаллизация компонентов при постоянной температуре.

Смесь двух или нескольких (для многокомпонентной системы) твердых фаз, одновременно кристаллизующихся из жидкого раствора, имеющего постоянный состав (соответствующий точке с) называется эвтектикой. Температура кристаллизации эвтектики является постоянной и самой минимальной для данной системы. Реакция образования эвтектики запишется так:

(жидкая фаза состава, соответствующего точке с, превращается в эвтектику, состоящую из кристаллов компонентов А и В).

Таким образом, линия солидус для данной системы, является также линией (температурой) образования эвтектики. Для образования 100% эвтектики необходимо, чтобы количество компонента А было пропорционально отрезку се, а количество компонента В — отрезку dс (рис. 9).

Для сплавов, расположенных левее точки с, в избытке будет находиться компонент A. Структура таких сплавов после затвердевания будет состоять из кристаллов компонента А и эвтектики (А+В), располагающейся между ранее выпавшими кристаллами А. Такие сплавы называются доэвтектическими. Для сплавов, расположенных правее точки с, в избытке будет находиться компонент В; структура сплавов после затвердевания будет состоять из компонента В и эвтектики, располагающейся между кристаллами В. Такие сплавы называются заэвтектическими. Чем дальше сплавы будут располагаться вправо и влево от точки с, тем больше будет в них избыточной фазы и меньше эвтектики.

Сплав, состав которого соответствует точке с, называется эвтектическим. Структура его состоит из одной эвтектики — мелкой механической смеси кристаллов А и В.