14 Диаграмма состояния сплавов II рода. Неограниченная растворимость.

Оба компонента неограниченно растворимы в жидком и твердом состояниях и не образуют химических соединений.

Компоненты: А, В.

Фазы: L, α.

Если два компонента неограниченно растворяются в жидком и твердом состояниях, то возможно существование только двух фаз — жидкого раствора L и твердого раствора α. Следовательно, трех фаз быть не может, кристаллизация при постоянной температуре не наблюдается и горизонтальной линии на диаграмме нет.

Диаграмма, изображенная на рис. 1, состоит из трех областей: жидкость, жидкость + твердый раствор и твердый раствор.

Линия АmВ является линией ликвидус, а линия АnВ — линией солидус. Процесс кристаллизации изображается кривой охлаждения сплава (рис. 2).

Точка 1 соответствует началу кристаллизации, точка 2 — концу. Между точками 1 и 2 (т. е. между линиями ликвидус и солидус) сплав находится в двухфазном состоянии. При двух компонентах и двух фазах система моновариантна (с = k—f+1 = 2 — 2 + 1 = 1), т. е. если изменяется температура, то изменяется и концентрация компонентов в фазах; каждой температуре соответствуют строго определенные составы фаз. концентрация и количество фаз у сплава, лежащего между линиями солидус и ликвидус, определяются правилом отрезков. Так, сплав К в точке а состоит из жидкой и твердой фаз.Состав жидкой фазы определится проекцией точки b, лежащей на линии ликвидус, а Состав твердой фазы — проекцией точки с, лежащей на линии солидус. Количество жидкой и твердой фаз определяется из следующих соотношений: количество жидкой фазы ac/bc, количество твердой фазы ba/bc.

Во всем интервале кристаллизации (от точки 1до точки 2) из жидкого сплава,

и меющего исходную концентрацию К,выделяются кристаллы, более богатые тугоплавким компонентом. Состав первых кристаллов определится проекцией s. Закончиться кристаллизация сплава К должна в точке 2, когда последняя капля жидкости, имеющая Состав l, затвердеет. Отрезок, показывающий количество твердой фазы, равнялся нулю в точке /, когда только началась кристаллизация, и количеству всего сплава в точке 2, когда кристаллизация закончилась. Состав жидкости изменяется по кривой 1 — l, аСостав кристаллов — по кривой s— 2, и в момент окончания кристаллизации Состав кристаллов такой же, как и Состав исходной  жидкости.

 

 

15.Связь между характером взаимодействия компонентов в двойных сплавах и их свойства (закон Курнакова).

Свойства сплавов зависят от взаимодействия компонентов, т.е. структуры. Диаграмма состояния характеризует взаимодействие компонентов и показывают, какая структура получается в зависимости от состава сплава.

Следовательно, существует связь между свойствами и типом диаграммы состояния.

16 Диаграмма состояния сплавов «железо-углерод». Характер взаимодействия железа с углеродом. Основные линии диаграммы.

Диаграмма состояния – это графическое изображение фазового состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации компонентов в условиях равновесия.

Компоненты системы – железо Fe и углерод С (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Диаграмма состояния «Железо – карбид железа» (Fe – Fe₃C)

Особенности диаграммы определяются полиморфизмом железа и углерода, а также ферромагнетизмом железа:

- от 1539 – 1392 ^оС железо имеет решетку ОЦК, такая модификация железа называется  (Fe);

- от 1392 – 911 ^оС железо имеет решетку ГЦК, такая модификация железа называется (Fe);

- ниже 911 ^оС железо имеет решетку ОЦК, такая модификация называется (Fe);

- при температуре 768 ^оС железо теряет магнитные свойства, и эта температура называется точкой Кюри.

В каждой модификации железа растворяется строго определенное количество углерода с образованием твердых растворов внедрения:

-  - феррит – раствор углерода в (Fe) с ОЦК решеткой. Максимальная растворимость углерода в (Fe) составляет 0,1 % при температуре 1499 ^оС;

- аустенит – твердый раствор углерода в (Fe) с ГЦК решеткой. Максимальная растворимость углерода в (Fe) составляет 2,14 % при температуре 1147 ^оС;

-  - феррит – твердый раствор углерода в (Fe) с ОЦК решеткой. Максимальная растворимость углерода в (Fe) составляет 0,025 % при температуре 727 ^оС.

Кроме указанных выше твердых растворов в системе Fe – С образуются две высокоуглеродистые фазы:

- цементит – химическое соединение Fe₃С со сложной орторомбической решеткой, которое содержит 6,67 % углерода и имеет температуру плавления Т_пл = 1260 ^оС . Эта фаза метастабильная, способная к распаду (Fe₃С  3Fe + С_гр);

- графит – модификация углерода с ГПУ решеткой. Эта фаза стабильная, состоит на 100 % из углерода и имеет температуру плавления Т_пл = 3600 ^оС.

В дополнение к фазам в виде твердых растворов на диаграмме имеются области существования механических смесей:

- перлит – механическая смесь (эвтектоид) феррита и цементита, содержащая 0,8 % С (рис. 7.1, точка S);

- ледебурит – механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита в интервале температур 1147 – 727 ^оС или перлита и цементита при температурах ниже 727 ^оС, содержащая 4,3 % углерода (рис. 7.1, точка С).

Сплошными линиями изображена диаграмма Fe – Fe₃C, штриховыми – диаграмма Fe – С (рис.7.1). Основной является диаграмма Fe – Fe₃С. Однофазные области диаграммы:

• выше линии ABCD (линия ликвидус) – жидкость (L);

• область AHN – область  - феррита;

• область NJESG – область аустенита;

• область GPQ – область  - феррита;

• линия LD или KD – область цементита Fe₃C.

Остальные области диаграммы (рис. 7.1) – двухфазные: ледебурит, перлит и их комбинации.

7.1. Характеристика линий и точек диаграммы Fe – Fe₃C

Линия АВСD - линия ликвидус – линия начала кристаллизации сплава и состоит она из трех частей:

• AB – начало образования - феррита;

• BC – начало кристаллизации аустенита;

• CD – начало кристаллизации цементита Fe₃C.

Линия AHJECF – линия солидус – линия конца кристаллизации сплава и состоит она из нескольких частей:

• AH – конец кристаллизации - феррита;

• JE – конец кристаллизации аустенита;

• HJB - линия перитектического превращения:

Ж_в + Fe_H ¹⁴⁹⁹  Fe_J или Ж_В + Ф_H ¹⁴⁹⁹ A _аусJ

• ECF – линия эвтектического превращения:

Ж_с ¹¹⁴⁷ _Е + Fe₃C_F или Ж_с ¹¹⁴⁷ А_Е + Ц_I

Остальные линии соответствуют превращениям в твердом состоянии:

• NH и NJ (А₄) – линии начала и конца полиморфного превращения Fe_  Fe_;

- GS (А₃) и GP – линии начала и конца полиморфного превращения Fe_  Fe_;

• ES(А_ст) – линия выделения вторичного цементита из аустенита (Fe₃C_II) за счет изменения растворимости углерода в -железе. Эта линия называется линия сольвиус;

• PQ – линия выделения третичного цементита (Fe₃C_III) за счет изменения растворимости углерода в - железе;

• PSK (А₁) – линия эвтектоидного превращения во всех сплавах независимо от содержания углерода:

Fe_S ⁷²⁷  Fe_P + Fe₃C_k или А_уст  Ф_Р + Ц_II

• KD – линия существования химического соединения Fe₃C (цементит);

• MO (А₂) – 768 ^оС - линия магнитного превращения феррита (потеря магнитных свойств железа).

Физический смысл точек диаграммы:

• A – температура плавления и кристаллизации чистого железа;

• B – перитектическая точка;

• C – эвтектическая точка;

• D – температура плавления и кристаллизации цементита;

• N и G - температуры полиморфных превращений чистого железа;

• H – предельная растворимость углерода в  - железе;

• E – предельная растворимость углерода в  - железе;

• S – эвтектоидная точка;

• P и Q – точки предельной растворимости углерода в  - железе;

• M – точка магнитного превращения железа (точка Кюри).

А₁, А₂, А₃, А₄ – принятые условные обозначения фазовых превращений.