2. Основные типы диаграмм состояния

Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (I рода)

Исходные данные: оба компонента неограниченно рас­творимы в жидком состоянии, а в твердом состоянии нераствори­мы и не образуют химических соединений.

Компоненты: химические элементы А, В (К = 2).

Фазы: жидкость Ж, кристаллы А, В (Ф = 3).

Примером диаграмм этого типа является диаграмма состоя­ния сплавов системы Pb-Sb. Диаграмма Pb-Sb строится на основе использования кривых охлаждения, полученных методом терми­ческого анализа (рис. 5.1).

Система сплавов Pb-Sb включает в себя составы со 100 % РЬ и

0. % Sb, т. е. чистый свинец, и со 100 % Sb и 0 % РЬ, т. е. чистую сурьму. Кривые охлаждения для этих чистых металлов имеют по одному горизонтальному участку, характеризующему температу­ру кристаллизации: соответственно для свинца 327 °С и для сурь­мы 631 °С. На диаграмме состояния эти температуры находятся на осях ординат, где содержатся соответственно чистый свинец и чистая сурьма. Структура чистых металлов представляет собой однородные зерна.

		t;c		t;c		t;c
/Й7%РЬ	95%?Ъ	87%РЪ ;j%sb V#		Ж у уг зь+Ж 1		631 I
	6%Sb L		РЫЖ			60 %РЬ t	Г
			:zilq эвтек­ тика	\%*эвтектака 1 |		А	I

т Pb 513 40

Sb

t;c

w

•* *

fctl

йл

Pb

РЬ+ эвтектика эвтектика

Sb + эвтектика

Рис. 5.1. Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы структур сплавов системы Pb—Sb при полном охлаждении до комнатной температуры

Сплав, содержащий 13 % Sb и 87 % РЬ, также имеет один го­ризонтальный участок, т. е. одну критическую точку (245 °С) - температуру затвердевания этого сплава. Этот сплав характеризу­ется тем, что в нем происходит одновременная кристаллизация из жидкой фазы кристаллов РЬ и Sb (в общем случае компонентов А и В) с образованием механической смеси. Такая механическая смесь двух (или более) видов кристаллов, одновременно кристал­лизующихся из жидкости, называется эвтектикой. Сам сплав с 13 % Sb и 87 % РЬ является эвтектическим, а его микроструктура представляет собой попеременно чередующиеся выделения сурь­мы в свинцовой основе (рис. 5.1). Принято эвтектическую реакцию записывать так: Ж —> Pb + Sb, или в общем виде Ж —> А + В.

Кристаллизация любого сплава, имеющего 0 % < Sb < 13 %, начинается с выделения кристаллов РЬ. Эти сплавы затвердевают в интервале температур, и на кривых охлаждения имеются две критические точки, соответствующие началу и концу затвердева­ния (например, сплав с 5 % Sb, рис. 5.1). Все они называются до эвтектическими сплавами, претерпевают эвтектическое превра­щение при охлаждении ниже температуры 245 °С и имеют после окончательного охлаждения структуру РЬ + Э(РЬ + Sb), рис. 5.1. В этой структуре имеется две структурные составляющие: кри­сталлы РЬ и эвтектика Э(РЬ + Sb), которые получаются на базе двух фаз: кристаллов РЬ и кристаллов Sb.

Кристаллизация любого сплава с концентрацией 100 % > Sb > > 13 % начинается с выделения кристаллов Sb. Эти сплавы также

затвердевают в интервале температур - начала и конца затверде­вания (например, сплав с 40 % Sb, рис. 5.1). При охлаждении ниже температуры 245 °С в них протекает эвтектическое превра­щение. Эти сплавы называются заэвтектическими и имеют после охлаждения окончательную структуру Sb + Э(РЬ + Sb), рис. 5.1. Структура заэвтектических сплавов также является двухфазной (кристаллы Sb и РЬ) и состоит из двух структурных составляю­щих: кристаллов Sb и эвтектики Э (РЬ + Sb).

т

На диаграмме можно выделить три характерные зоны: об­ласть, где существует только жидкая фаза, - выше системы ли­ний, ограниченной точками: температура 327 “С - эвтектическая точка 245 °С - температура 631 °С; область, где существует только твердая фаза (кристаллы РЬ и Sb), - ниже эвтектической линии (вся горизонтальная линия на уровне температуры 245 °С с кон­цами в месте ее пересечений с ординатами со 100 % РЬ и 100 % Sb); область, где одновременно сосуществует жидкая и твердая фаза (область с жидко-твердой фазой) - между линиями, ограни­чивающими соответственно жидкое и твердое состояние сплавов.

Линия, ограничивающая на диаграмме область жидкой фазы сплавов, называется линией ликвидус. Линия, ограничивающая область полностью затвердевшего сплава от остальной области на диаграмме состояний, называется линией солидус.