Изменения свойств в зависимости от состава сплавов
Диаграммы состоянияпредставляют собой график в координатахсостав сплава – температура, на котором отражены продукты (фазы), образующиеся в результате взаимодействия компонентов сплава друг с другом при различных температурах.
Фазой считается определенная часть системы, образованной компонентами сплава, которая во всех своих точках имеет одинаковые состав, строение и свойства.
.
Диаграмма состояния разделена линиями на области. Отдельные области могут состоять только из одной фазы, а некоторые из двух и более.
Анализируя диаграмму состояния, можно составить представление о специфике свойств сплавов данной системы компонентов и характере их изменения в зависимости от состава, а также о возможности термической обработки сплавов и температуре нагрева для ее проведения.
3.3.1. Диаграмма состояния первого рода. Правило отрезков.
Данная диаграмма охватывает сплавы, компоненты которых образуют смеси своих практически чистых зерен (при ничтожной взаимной растворимости).
На оси абсцисс (рисунок 3.2) откладывается доля компонента В в сплаве.
Фазовое строение сплавов на диаграмме зависит от температуры. При термодинамическом взаимодействии компонентов снижается температура их перехода в жидкое состояние, достигая некоторого минимума при определенном для каждой пары компонентов составе (точка С).
Сплав двух компонентов, который плавится при минимальной температуре, называется эвтектическим или эвтектикой.
Эвтектика является равномерной смесью одновременно закристаллизовавшихся мелких зерен обоих компонентов. Температура, при которой одновременно плавятся или наоборот кристаллизуются оба компонента, называется эвтектической температурой.
Линия АСВ, выше которой металл находится только в жидком состоянии, называется линией ликвидуса.
Линия DCE , ниже которой металл находится только в твердом (кристаллическом) состоянии называется линией солидуса.
Переход сплавов из жидкого состояния в твердое, при кристаллизации, происходит в интервале температур от линии ликвидуса до линии солидуса. При этом в твердую фазу переходит вначале тот компонент, количество которого превышает эвтектическую концентрацию. Жидкая фаза, при этом, является раствором обоих компонентов. По мере снижения температуры и приближении ее к линии солидуса, состав незакристаллизовавшейся фазы приближается к эвтектическому.
.
Доля твердой и жидкой фаз в единице массы любого сплава при кристаллизации подчиняются правилу отрезков. При заданной температуре масса твердой фазы определяется величиной отрезка lt, а жидкой ts – отрезка. Если массу всего сплава Q выразить через ls, то относительные доли твердой Qт и жидкой фаз Qж можно представить в виде
.
При температурах ниже линии солидуса фазовый состав всех сплавов рассматриваемой системы состоит из зерен обоих компонентов: А + В. В любом сплаве (кроме эвтектического) присутствуют мелкие зерна А и В, составляющие эвтектику, и крупные зерна избыточных фаз – компонентов А в доэвтектическом сплаве и компонента В в заэвтектиченском.
.
При оценке прочностных и других свойств, следует иметь в виду, что та часть сплава, которая представлена эвтектикой, имеет более высокую прочность, чем часть, представленная более крупными зернами избыточной фазы.
.
3.3.2.Диаграмма состояния второго рода.Дендритная ликвация.
При неограниченной растворимости компонентов друг в друге, имеющих одинаковые типы кристаллических решеток и сходное строение наружных электронных оболочек, получают диаграммы второго рода.
На диаграмме (рисунок 3.3) можно различить три фазовые области:
- область жидкой фазы (выше линии ликвидуса);
- двухфазная область α +Ж. Фаза α представляет собой твердый раствор компонентов А и В. Зерна этой фазы имеют единую кристаллическую решетку. Однако у сплавов разного состава число атомов компонентов А и В в элементарных ячейках решетки различно.
- Область расположенная под линией солидуса является однофазной α.
. 
В случае равновесной (медленной) кристаллизации состав сформировавшейся фазы α соответствует исходному составу сплава. Это обусловлено непрерывно происходящей диффузией между обеими фазами.
В случае ускоренного охлаждения сплава диффузионные процессы не успевают завершиться. В связи с этим центральная часть каждого зерна оказывается обогащенной более тугоплавким компонентом, а периферийная – легкоплавким. Это явление называется дендритной ликвацией, снижающей прочностные свойства
сплавов.
Дендритная ликвация может быть устранена путем длительного, так называемого, диффузионного отжига сплава.
Прочность (и другие свойства) твердых растворов в зависимости от состава изменяются по криволинейному закону. Так как атомы растворимого компонента образуют в решетке твердого раствора более прочную металлическую связь с атомами компонента растворителя, чем в решетках обоих чистых компонентов.
3.3.3. Диаграмма состояния III рода
Диаграмма состояния III рода(рисунок 3.4)характерна для сплавов, образующихся при сплавлении компонентов, имеющих ограниченную растворимость руг в друге.
Рассмотрим случай, когда за пределами растворимости компонентов образуются механические смеси твердых растворов на основе каждого из них.
На диаграмме состояний представлены:
- жидкая фаза Ж;
две области (α + Ж) и (β + Ж) (лежащие между линиями ликвидуса и солидуса) ;
- две области ограниченных твердых растворов α и β (лежащие ниже отрезков линии солидуса);
- двухфазовая область (α + β) – (область СЕКF).
.
Фаза αявляется твердым раствором компонента В в А.
Фаза β является твердым раствором компонента А в В.
Рисунок 3.4. Диаграмма состояния III рода.
Взаимная растворимость компонентов друг в друге, как правило, зависит от температуры.
Как и в диаграмме первого рода в структурно-фазовом составе сплавов данной системы важное место занимает эвтектика, представляющая собой смесь мелкозернистых фаз α и β. Она имеет вполне определенный состав и кристаллизуется при наименьшей для данной системы температуре - линии СЕ. Ниже этой линии находится область двухфазовых сплавов.
3.3.4. Диаграмма состояния 4 рода.
.
Диаграмма 4 рода (рисунок 3.5), относится к случаю, когда сплавляемые компоненты при соотношении Аm, Вn , образуют устойчивое химическое соединение, которое можно рассматривать в качестве самостоятельного компонента, способного образовывать сплавы с каждым из исходных компонентов.
Рисунок 3.5. Диаграмма состояния IV рода
Соединение Аm Вn при сплавлении с компонентами А и В в зависимости от их природы может образовывать с ними различные по характеру системы. Например (рис. 3.5) компонент Аm Вn образует с компонентами А и В сплавы, относящиеся к диаграмме состояний 1 рода. В связи с этим фазовый состав любого сплава системы А-В в твердом состоянии должен представлять смесь химического соединения и одного из исходных компонентов.
Дата добавления: 2016-02-02; просмотров: 2784;