21.2. Анализ диаграммы состояния для сплавов с эвтектическим

превращением.

Рис. 21.5. Диаграмма состояния для сплавов, когда компоненты неограниченно растворяются в жидком состоянии, ограниченно растворяются в твердом состоянии и имеют эвтектическое превращение, (а). Кривые охлаждения сплавов I... VI (б).

Диаграмма состояния сплавов с эвтектическим превращением имеет вид подобный рис. 21.5. В этом случае образовавшаяся при кристаллизации жидкости смесь твердых растворов обозначена  + . Жидкая фаза обозначается в литературе также буквой L.

Появление горизонтального участка FEH на диаграмме рис. 21.5, связано с тем, что когда происходит процесс превращения L+ сосуществуют 3 фазы, что согласно правилу фаз Гиббса возможно только в условиях, когда число степеней свободы і = 0 (і = К - Ф + 1 = 2 - 3 + 1 = 0). Это значит, что процесс должен реализоваться в условиях, когда t=const и концентрация фаз C_L = const, C_ = const, C_ = const. Для диаграммы на рис. 21.5, эти параметры следующие: t.= t₂, C_L = Е', C_ = Q, C_ = N, т. е. линия FEH должна быть горизонтальной.

Важнейшим условием понимания диаграммы состояния является вдумчивое изучение текста, сопоставление ее с рисунками и логическое мышление. Четко нужно помнить характерные особенности основных фаз в сплавах, уметь безошибочно пользоваться правилами для определения состава и количества фаз.

Линии диаграммы делят ее на ряд фазовых областей. Чтобы установить природу фаз в этих областях, необходимо разобраться в физической сущности процессов, протекающих в сплавах при температурах, соответствующих линиям диаграммы. Для определения характера фаз по диаграмме состояния будем оперировать с основными фазами в сплавах, которыми являются твердые растворы, химические соединения и чистые компоненты, помня при этом, что чистые компоненты и химические соединения имеют постоянный, — а твердые растворы — переменный состав. Верхняя линия CED диаграммы является линией ликвидус, а следующая за ней линия CFHD — линия солидус. Кривые охлаждения этих сплавов и их структура приведены на рис. 21.5,б.

Ниже приводится анализ сплавов I-VI.

Сплав I. На рис. 21.5,б представлена кривая охлаждения сплава и схемы фазовых состояний при различных температурах сплава. Кристаллизация сплава начинается при температуре точки 1₁.

Легко видеть, что но мере кристаллизации состав твердой фазы непрерывно изменяется но линии солидус CF; значит кристаллизующаяся фаза есть твердый раствор, который обозначим . Очевидно и во всей области CFE фазовый состав сплавов будет L +. При температуре 2₁ кристаллизация сплава I заканчивается, и ниже температуры 2₁ охлаждается однофазный сплав, состоящий из кристаллов твердого раствора .

Установив характер фазы сплава I ниже температуры 2₁ мы определили тем самым и фазу, устойчивую во всей области ACFK, которой будут -кристаллы. Твердый раствор  представляет собой раствор компонента В в растворителе А. Линия FK показывает, как изменяется предельная растворимость ком­понента В в  -твердом растворе при температурах ниже t₂.

Сплав VI. Кристаллизация происходит в температурном интервале 1₆ — 2₆. Легко видеть, что кристаллизация сплава VI в интервале температур 1₆ — 2₆ не имеет принципиальной разницы по сравнению с кристаллизацией сплава I.

В процессе кристаллизации образуется твердая фаза, состав которой изменяется по линии DH; поэтому ее следует считать твердым раствором. Очевидно состав этого твердого раствора при равных температурах, например t₁, отличен от состава твердого раствора . Поэтому при кристаллизации сплава VI образуется другой твердый раствор, в котором растворителем является компонент В, а растворенным веществом — компонент А. Обозначим этот твердый раствор .

При температуре 2₆ кристаллизация сплава VI заканчивается и ниже температуры 2₆ имеем однофазный твердый раствор кристаллов . Очевидно и во всем поле диаграммы NHDB будут кристаллы только твердого раствора . Линия HN показывает предельную растворимость компонента А в -фазе при температурах ниже t₂, которая в данном случае не изменяется.

Сплав IV. Данный сплав пересекает одну линию диаграммы. Поэтому, очевидно, на кривой охлаждения у сплава должна быть одна критическая точка, что означает, что сплав IV кристаллизуется при постоянной температуре.

Сплав II. При температуре 1₂ начинается, — а при температуре 2₂ заканчивается кристаллизация сплава образованием кристаллов -твердого раствора, как и у сплава I. После окончания кристаллизации при температуре 2₂ идет охлаждение -фазы до температуры 3₂, которая находится на линии FK диаграммы. При температуре 3₂ твердый раствор  еще может растворить входящий в состав сплава компонент В в количестве АII, но раствор  предельно насыщен. При более низких температурах растворимость компонента В в -твердом растворе меньше, чем количество компонента В к сплаве. Поэтому при дальнейшем охлаждении от температуры точки 3₂ из -твердого раствора будет выделяться фаза, способная поглотить избыток компонента В в сплаве. Этой фазой в данном случае может быть только -фаза, так как в области KFHN сосуществуют только фазы  и . Так как -кристаллы выделяются не из жидкой, — а из твердой -фазы, то их принято обозначать _II-кристаллы (вторичные -кристаллы). Они обычно выделяются в виде оторочки вокруг кристаллов основной -фазы (см. схему структуры на рис. 21.5,б).

Сплав III. Кристаллизация сплава начинается при температуре 1₃ выделением кристаллов .

При дальнейшем охлаждении сплава III от температуры 2₃ из -кристаллов будет выделяться _II-кристаллы, как у сплава II, так как растворимость компонентов В в -твердом растворе уменьшается в соответствии с линией FK диаграммы. После полного охлаждения в сплаве III - и -фазы присутствуют в виде следующих структурных составляющих; -кристаллы, эвтектика э(+) и вторичные кристаллы _II, как это схематично показано около кривой охлаждения сплава III.

Форма кристаллов, в виде которых находятся разные фазы в сплаве, называется структурой сплава. Сокращенно условно структуру сплава III обозначим +э(+)+_II; структура сплава II — +_II; структура сплава VI — ; структура сплава I — .

Сплав V. Принципиально значительной разницы в характере превращений сплава V по сравнению со сплавом III.