Общие сведения.

В материаловедении взаимодействие компонентов в сплаве, характер образующихся структур и свой­ства сплавов определяют экспериментальным путем. С этой целью для каждого конкретного сплава строят экспериментальные кри­вые охлаждения и нагрева сплавов в координатах температура — время. На получаемых графиках в виде площадок проявляются крити­ческие точки, соответствующие критическим температурам, при которых происходят превращения в кристаллической решетке сплава. Соединяя получаемые критические температурные точки на диаграмме температура—состав, получают линии диаграммы состояния. Геометрическое место всех точек, которые определяют температуру начала кристаллизации, называют линией ликвидуса (L), а температуру конца кристаллизации — линией солидуса (S). Таким образом, на базе изучения полученных микроструктур, определения типа и параметров кристаллической решетки, а так­же свойств сплавов и кривых охлаждения строится диаграмма со­стояния (диаграмма равновесия) любой изучаемой системы, ко­торая в удобной графической форме отражает фазовое состояние сплавов этой системы в зависимости от температуры и концент­рации компонентов. По диаграмме состояния можно установить превращения, которые претерпевает любой из сплавов системы при нагреве (охлаждении), определить температуры плавления или затвердевания сплава, выбрать рациональный режим термичес­кой обработки, прогнозировать поведение сплава в заданном ин­тервале температур. Число степеней свободы гетерогенной термодинамической системы, находящейся в состоянии фазового равновесия, определяется правилом фаз, сформулированным Дж. Гиббсом: Число степеней свободы равновесной термодинамической системы С равно числу независимых компонентов системы К минус число фаз Ф плюс число внешних факторов, влияющих на равновесие.

Правило отрезков или правило рычага применяется для определения количественного соотношения фаз, находящихся в равновесии при данной температуре. Согласно этому правилу для определения весового или объемного количества твердой фазы необходимо взять отношение длины отрезка, примыкающего к составу жидкой фазы, к длине всей каноды.

Свойства сплавов зависят от взаимодействия компонентов, т. е. от того, какая структура в них получается. Диаграммы состояния характеризуют взаимо­действие компонентов и пока­зывают, какая структура образуется в зависимости от со­става сплава. Следовательно, существует связь между свой­ствами и диаграммами состояний. При этом необходимо знать, что в связи с большим многообразием диаграмм состояния они были классифицированы:

– на диаграмму состояния сплавов (I рода), компоненты которой образуют механическую смесь (рис..., а);

– диаграмму состояния сплавов (II рода), компоненты которой неограниченно растворимы в жидком и твердом состояниях (рис. …, б);

– диаграмму состояния сплавов (III рода), компоненты которой неограниченно растворимы в жидком состоянии и ограниченно – в твердом (рис. …, в);

– диаграмму состояния сплавов (IV рода), компоненты которой в твердом виде образуют устойчивые химические соединения (рис. …, г).

Зависимость между составом, структурой и характером диаграмм состояния впервые установил академик И. С. Курнаков. Построенные им диаграммы состав – свойство широко используются на практике. Твердость (НВ), электрические и другие физические характеристики сплавов, затвердевающих согласно диаграмме состояния, компоненты которых не растворимы в твердом состоянии, изменяются по закону прямой линии (рис. …., а). Если в сплавах образуется непрерывный ряд твердых растворов, то свойства изменяются по криволинейной зависимости (рис. …, б). В системе сплавов с ограниченной растворимостью компонентов и в случае образования химического соединения свойства изменяются в соответствии с принадлежностью той или иной части диаграммы к первому или второму типу (рис. …, в и г).

Задание. Установить связь между типом диаграммы состояния и свойствами сплавов

Рис… Зависимость между диаграммами состояния сплавов и их свойст­вами

4. ДИАГРАММА «ЖЕЛЕЗО-ЦЕМЕНТИТ»

Контролируемое содержание:

Знать: фазы и структурные составляющие в сплавах системы «железо-цементит», инвариантные превращения.

Уметь: определить по диаграмме фазовый состав сплава, составы и процентное содержание фаз, температуры фазовых превращений.

Дата добавления: 2015-07-16