Диаграммы фазового равновесия двойных сплавов

Кафедра общетехнических дисциплин

Изучение фазовых и структурных превращений в двухкомпонентных металлических сплавах

Методические указания к лабораторной работе

по курсу "Материаловедение"

Волгоград 2007

Цель работы

Изучение теоретических основ процесса кристаллизации и структурных превращений протекающих в твердом состоянии в двухкомпонентных металлических сплавах при нагревании и охлаждении.

Основные понятия и определения

Металлические сплавы являются наиболее применяемыми в деятельности человека конструкционными материалами. Сплавы это сложная система, представляющая собой вещество, полученное сплавлением химических элементов, называемых в данной системе, компонентами. В общем виде компоненты обозначают прописными буквами латинского алфавита – А; В; С; D и т. д. В конкретных случаях – символами обозначающими химический элемент.

В сплавах, в результате физико-химического взаимодействия компонентов могут образовываться жидкие и твердые растворы, химические соединения называемые фазами. Образующиеся фазы в твердом агрегатном состоянии как и компоненты имеют кристаллическое строение. В процессе образования и роста кристаллов они приобретают неправильную форму и называются кристаллитами или зернами.

Жидкий раствор обозначают прописной латинской буквой L (от лат. Liguidus – жидкий, текучий).

Твердыми растворами называют фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого (или других) компонентов располагаются в решетке первого компонента. Различают твердые растворы внедрения и замещения В случае образования твердого раствора внедрения атомы растворенного компонента располагаются в междуузельях кристаллической решетки растворителя там, где имеется больше свободного места. При образовании твердого раствора замещения, атомы растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в его кристаллической решетке.

Микроструктура твердого раствора в условиях равновесия представляют однородные кристаллические зерна. Все металлы могут в большей или меньшей степени взаимно растворяться друг в друге в твердом агрегатном состоянии. В тех случаях, когда компоненты могут замещать друг друга в кристаллической решетке в любых количественных соотношениях, образуется непрерывный ряд твердых растворов.

Твердые растворы обозначают строчными буквами греческого алфавита a, b, ¡, d и т.д.

Химические соединения.

Химические соединения в металлических сплавах многообразны но имеют характерные особенности:

1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов образующих соединение, атомы при этом располагаются упорядочно.

2. В химическом соединении сохраняется простое кратное соотношение компонентов. Это позволяет их состав выразить простой формулой А_nВ_m, где А и В – соответствующие химические элементы; n и m – простые числа.

3. Свойства химического соединения редко отличаются от свойств образующих его компонентов.

4. Температура плавления имеет строго определенное значение.

5. Образование химического соединения сопровождается тепловым эффектом.

В отличии от твердых растворов химические соединения обычно образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллической решетки. Соединения одних металлов с другими называются интерметаллидами.

Диаграммы фазового равновесия двойных сплавов

Диаграммы фазового равновесия (или диаграммы состояния) в удобной графической форме показывают фазовый состав сплава в зависимости от его температуры и концентрации. Диаграммы фазового равновесия строят для условий равновесия, которое может быть достигнуто только при очень малых скоростях охлаждения или медленного нагрева.

Диаграмма строится в координатах температура (ось ординат) – концентрация (ось абцисс). При этом на оси абцисс откладывается горизонтальный отрезок АВ. Конечные точки А и В соответствуют чистым компонентам, т.е. 100% каждого из компонентов. Любая точка на этом отрезке указывает состав двойного сплава в весовых процентах. Процентное содержание компонента В увеличивается от точки А (0% компонента В) до точки В (100% компонента В и 0% компонента А). Температуру откладывают на оси ординат. На ординате соответствующей чистому компоненту А, отмечают температуру плавления компонента А на другой ординате – температуру плавления компонента В. Если компоненты имеют полиморфные модификации, то температуры полиморфных превращений также отмечают.

Любая точка, расположенная между ординатами, определяет состав и температуру сплава. Каждая вертикаль проведенная через какую-либо точку на диаграмме соответствует изменению температуры сплава определенного состава.

Вид диаграммы фазового равновесия зависит от того, как взаимодействуют оба компонента друг с другом в твердом и жидком состоянии. Диаграммы строят по экспериментальным данным с использованием термического анализа и получаемых при этом кривых охлаждения.

Критические температуры, выявленные на кривых охлаждения (перегибы, горизонтальные линии – вызванные тепловыми эффектами) для сплава определенного состава наносят на поле диаграммы и для аналогичных превращений соединяют линиями. Эти линии разграничивают области аналогичных фазовых состояний.

Дата добавления: 2015-07-15