1.8 Диаграммы состояния сплавов
Диаграмма состояния – это графическое изображение равновесных состояний сплавов рассматриваемой системы в зависимости от температуры и состава.
Диаграммы состояния строятся на основе термического анализа сплавов. При этом берутся отдельные сплавы рассматриваемой системы, медленно охлаждаются, и определяется скорость охлаждения (фиксируются температура и время). На основе этого анализа строят кривые охлаждения сплавов [6, рис. 12, а].
На кривых охлаждения фиксируются температуры превращений сплава – критические точки сплава. Критические точки переносятся в систему координат температура - концентрация, где получают точки пересечения с линиями рассматриваемых сплавов в данной системе координат [6, см. рис.12, а].
Линия сплава – вертикальная линия, проходящая через точку на оси концентрации, соответствующую составу сплава.
Линии диаграммы состояния представляют собой геометрическое место критических точек сплавов.
Линия АСВ – линия, определяющая геометрическое место точек (температур) начала кристаллизации сплавов – линия ликвидус.
Линия DCF – линия, определяющая геометрическое место точек (температур) конца кристаллизации сплавов – линия солидус.
Все превращения в сплавах подчиняются общему закону равновесия – правилу фаз, которое выражается следующей зависимостью:
С=К–Ф+2, где С – число степеней свободы системы (вариантность) – определяет условие равновесного существования сплава; К – число компонентов сплава; Ф – число фаз, находящихся в равновесии; 2 – внешние параметры, влияющие на систему (температура, давление).
С=К–Ф+1, при Р = const.
С=0 – равновесие нонвариантное, то есть безвариантное (превращение происходит при постоянной температуре). Это соответствует температурной остановке на кривой охлаждения сплава ([6, см. рис. 12, а], кривая охлаждения I – участок 1-1’ – C=1–2+1=0 – кристаллизация металла).
С=1 – моновариантное равновесие (превращение происходит в диапазоне температур). Это соответствует перегибу на кривой охлаждения (участок 1-2 на кривой охлаждения II – С=2–2+1=1 – кристаллизация сплава).
С=2 – бивариантное равновесие, т.е. равновесие сохраняется при определённом изменении температуры и давления (например, участок 0-1 на кривой охлаждения II – С=2–1+1=2 – охлаждение сплава до начала кристаллизации).
1.8.1 Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых практически нерастворимы в твердом состоянии (диаграмма 1го рода) Общий вид диаграммы представлен на [6, рис. 12, б и 13].
Фазы в сплавах:1) жидкость (L); 2) кристаллы А; 3) кристаллы В.
Линия АСВ – линия ликвидус – начало кристаллизации сплавов, DCE – линия солидус – конец кристаллизации сплавов.
При охлаждении сплавов на линии АС из жидкости начинают выделяться кристаллы А, а на линии СВ – кристаллы В. На линии DCE из жидкости одновременно выделяются кристаллы А и В.
В диапазоне между линиями АСВ и DCE (температурный интервал 1-2) сплавы находятся в двухфазном состоянии: жидкость - кристаллы (L+A или L+B).
Для двухфазной области диаграммы состояния химический состав существующих фаз при данной температуре и их количество (по массе) можно определить с помощью правила отрезков:
если для определенной температуры сплава (точка а на [6, рис.12, б]) провести линию, параллельную оси концентрации (коноду) до пересечения с линиями, ограничивающими данную область, то проекции точек пересечения коноды покажут химический состав существующих фаз (точка в’ определяет состав жидкости, а точка q’ – состав кристаллов).
При охлаждении сплава данной системы состав жидкости двухфазной области будет изменяться по линии ликвидус от точки 1 до точки С. В диапазоне кристаллизации сплавы данной системы будут иметь постоянный состав твердой фазы (100% В или 100% А);
количество каждой из существующих при данной температуре фаз определяется с помощью второго положения правила отрезков (правило рычага). Количество (масса) существующих фаз обратно пропорционально длине отрезков, отсекаемых конодой.
Qж – количество жидкости при данной температуре (отрезок aq).
Qкр – количество кристаллов при данной температуре (отрезок ва).
Qсп – количество сплава при данной температуре (отрезок вq).
При