Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в жидком и полной нерастворимостью в твердом состояниях

Сплавы такого типа представляют собой смесь зерен чистых металлов (Sn – Zn, Pb – Sb и др.). Рассмотрим кривые охлаждения сплавов системы свинец – сурьма (Pb – Sb), имеющих различный химический состав (рис. 13.3).

Кристаллизация чистого свинца (кривая I) начинается в точке 1 и заканчивается в точке 1. Кристаллизация протекает при постоянной температуре 327 °C. Выше этой температуры свинец находится в жидком состоянии, ниже – в твердом. Кристаллизация сурьмы при 630 °C (кривая V) протекает аналогично.

Кривая охлаждения сплава с 13% Sb и 87% Pb (III) аналогична кривым охлаждения Pb и Sb. На кривой охлаждения имеется также только одна температурная остановка 2 – 2. Особенность кристаллизации этого сплава заключается в том, что при Т = 246 °C одновременно происходит кристаллизация обоих компонентов, т.е. одновременно появляются и растут кристаллы свинца и сурьмы, и таким образом образуется мелкокристаллическая механическая смесь обоих компонентов.

С месь двух или более разнородных кристаллов, одновременно кристаллизующихся из жидкости, называется эвтектикой (от греческого «эвтэо» – легкоплавящаяся). Температура кристаллизации сплавов эвтектического типа наименьшая по сравнению с любым другим сплавом этой системы. Такие сплавы обладают лучшей жидкотекучестью, малой усадкой и применяются в качестве литейных.

б в

Рис. 13.3. Диаграмма состояния Pb – Sb (а) и кривые охлаждения сплавов (б), (в)

Кристаллизация сплавов II (5% Sb, 95% Pb) и IV (40% Sb, 60% Pb) происходит иначе, чем сплавов I, III, V.

На кривой охлаждения сплава II имеются две критические точки: точка перегиба 1 (296 °C) и температурная остановка 2 – 2 (246 °C). Выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии, в точке 1 начинается кристаллизация сплава – появляются первые зародыши зерен свинца. Выделение и рост зерен избыточного свинца продолжается до точки 2. В точке 2 кристаллизация заканчивается. На отрезке 2 – 3 происходит охлаждение затвердевшего сплава.

Сплавы, расположенные левее точки С, называются доэвтектическими (структура его состоит из кристаллов свинца и эвтектики: мелких кристаллов свинца и сурьмы; сплав, отвечающий составу эвтектики, называется эвтектическим; сплавы, лежащие правее точки С – заэвтектическими.

При кристаллизации доэвтектических и заэвтектических сплавов может иметь место явление, называемое ликвацией по удельному весу, т.е неравномерное распределение фаз по объему слитка или отливки. Компоненты, имеющие меньший удельный вес, чем жидкость, будут всплывать; больший – оседать на дно. Наиболее сильно этот вид ликвации проявляется в том случае, когда компоненты, образующие сплав, резко отличаются по удельным весам.

Для предупреждения ликвации по удельному весу сплавы быстро охлаждают и интенсивно перемешивают. На практике в расплав вводят третий компонент, который кристаллизуется первым в виде разветвленных дендритов и чисто механически препятствует оседанию или всплытию фаз.