Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов

В твердом состоянии металлы обычно ограниченно один в другом. Существуют три типа таких сплавов:

1) сплавы с ограниченной растворимостью компонентов и эвтектическим превращением;

2) сплавы компонентов, практически не растворимых в твердом состоянии, с эвтектическим превращением;

3) сплавы с ограниченной растворимостью компонентов и перитектическим превращением.

Эвтектикой («легкоплавящийся») называют высокодисперсную механическую смесь нескольких твердых фаз, одновременно кристаллизующихся при постоянной температуре из расплава.

Эвтектическим превращением называют процесс одновременной кристаллизации из расплава нескольких твердых фаз при постоянной температуре. На диаграмме состояния сплава с ограниченной растворимостью компонентов и эвтектическим превращением (рис. 4) видно, что предельная растворимость компонента А в компоненте В соответствует точке G, компонента В в А – точке F. Сплав, соответствующий проекции точки В (сплав Э), является самым легкоплавким – эвтектическим.

Рис.4. Диаграмма состояния (б) и кривые охлаждения (а) сплава, компоненты которого органиченно растворимы в твердом состоянии, с эвтектческим превращением.

Сплавы, относящиеся к област левее точки В до точки Е, называют доэвтектические, правее точки В до точки D – заэвтектическими. При температурах выше линии АВС (ликвидус) система находится в жидком сосотоянии; при температурах, соответствующих точкам на линии AEBDC (солидус) – в твердом. Кристаллизация сплава I протекает с понижением температуры, так как система в данном случае является моновариантной. После окончания процесса кристаллизации (температура Т2) сплав состоит из кристаллов a-твердый раствор. При охлаждении доэвтектического сплава II в диапазоне температур Tз – Тэ кристаллизуется a-твердый раствор. После достижения системой температуры эвтектического превращения Тэ одновременно начинают кристаллизоваться a- и b-фазы. В данном случае вариантность системы С=0 (С = 2+1-3) и эвтектическое превращение протекает при постоянной температуре. На кривой охлаждения такого сплава появляется горизонтальный участок. После выпадения эвтектики система не подвергается никаким превращениям. Состав сплава после охлаждения - a + эвтектика (a+ b). При охлаждении эвтектического сплава (Э) до температуры Тэ на кривой охлаждения появляется горизоньальный участок, связанный с выделением теплоты кристаллизации. Закристаллизовавшаяся эвтектика состоит из механической смеси кристаллов a+ b. Согласно теории кристаллзации этектик, процесс начинается с зарождения кристаллов одной из фаз. Выпадение кристаллов, например из a = раствора, вызывает смещение равновесного содержания компонентов в пользу компонента В. Избыток последнего вызывает кристаллизацию b-растора, что, в свою очередь обусловливает появление избыточного содержания компонента А в системе. Таким образом, в каждом до- и заэтектическом сплаве имеется некоторе содержание эвтектики, определяемое правилом отрезков. Примером сплава с подобным типом диаграммы состояния является сплав Pb-Sn.

Существуют сплавы, компоненты которых практически не растворимы в твердом состоянии и образуют механиечские смеси в результате эвтектического превращения. Характерный вид таких диаграмм приведен на рис. 5.

Рис. 5. Диаграмма состояния (б) и кривые охлаждения (а) сплава, компоненты которого практически не растворимы в твердом состоянии, с эвтектическим превращением

Кристаллические фазы – компоненты А и В, состав эвтектики – А+В. Диаграммы состояния этого вида характерны для сплавов Pb-Sb, Sn-Zn.

Рис. 5. Диаграмма состояния (б) и кривые охлаждения (б) сплава, компоненты которого огранченно расторимы в твердом сосотоянии, с перитектическим превращением.

Для некоторых типов сплавов с ограниченной растворимостью компонентов (например, Cu-Zn, Cu-Sn) характерно перитектическое превращение, заключающееся в образовании одной из кристаллических фаз вследствие взаимодействия другой кристаллической фазы с расплавом. Линия АСВ – ликвидус, линия ADEB – солидус, CDE – линия перитектического превращения. Общее уравнение перитектического превращения можно записать в виде Жс + b Е ®aD. В результате взаимодействия жидкой фазы, состав которой определяется проекцией точки С на ось концентраций, с кристаллами b-раствора состава Е образуются кристаллы a-раствора состава D.

При перитектическом превращении в системе существуют три фазы – жидкая и два твердых раствора. Вследствие нонвариантности системы перитектическое превращение протекает при постоянной температуре Тп. На кривых охлаждения сплавов I и II и перитектического появляется горизонтальный участок. Понижение температуры сплава I до Тп приводит к образованию кристаллической фазы a-раствора. После окончания перитектического превращения в сплаве находятся кристаллы a-раствора. Охлаждение сплава II ниже температур линии ликвидус вызывает кристаллизацию b-раствора. Перитектическое превращение приводит к образованию a-раствора. Ввиду того, что не весь b-раствор израсходован на образование a-раствора, после перитектического превращения сплав будет содержать a- и b-фазы.

В сплаве металлов, ограниченно растворяющихся в твердом состоянии, могут образоваться ликвации – неоднородности химического состава. Для устранения этого вредного эффекта сплавы охлаждают с высокими скоростями, пермешивают.

Дата добавления: 2015-07-15