Диаграмма состояния (общие сведения)

Диаграмма состояния – это графическое изображение фазовых (или структурных) превращений сплавов в зависимости от температуры и концентрации.

По диаграмме состояния можно установить температуру кристаллизации (плавления) сплава, его структуру и т.д. Велико практическое значение диаграмм при разработке режимов литья, горячей обработке металлов, термообработке и т.д.

Диаграмма состояния описывает равновесные процессы (то есть показывает теоретические температуры плавления и кристаллизации сплава), то есть строится для очень малых скоростей нагрева или охлаждения.

Диаграммы состояния строятся экспериментально с помощью различных методов. Наиболее простым и достаточно точным является метод термического анализа, разработанный русским ученым Н. С. Курнаковым.

Этот метод основан на явлении «теплового эффекта», заключающегося в том, что в момент перехода металла (сплава) из одного фазового состояния в другое, например, из жидкого в твердое (или наоборот), происходит значительное выделение (или поглощение) тепла.

Если произвести наблюдение за изменением температуры сплава при охлаждении (из жидкого состояния) с постоянной скоростью до полного затвердевания и построить кривую охлаждения в координатах температура – время, то «тепловой эффект» будет виден на этой кривой как перегиб или площадка (так как выделяющееся в момент фазового перехода тепло частично или полностью компенсирует падение температуры сплава при его охлаждении). Характерный вид кривых охлаждения приведен на рис. 3.1. Точки, соответствующие перегибам или площадкам, называются «критическими точками», а соответствующие температуры – «критическими температурами».

Рис. 3.1. Характерные кривые охлаждения чистого металла (а)

и сплава (б)

Таким образом, для экспериментального построения диаграммы состояния термическим методом необходимо построить кривые охлаждения для серии сплавов различной концентрации какой-либо системы, найти на этих кривых критические температуры и перенести их значения на координаты: температура – концентрация.