Основные типы диаграмм состояния двойных сплавов

1. Общие положения.

2. Диаграмма состояния 1-го типа

3. Диаграмма состояния 2-го типа

4. Диаграмма состояния 3-го типа

5. Диаграмма состояния 4-го типа

Общие положения.

Диаграммы состояния позволяют определить температуры начала и конца затвердевания сплавов, их структуру для различных температур и превращения, которые сплавы претерпевают при охлаждении и нагревании, т.е. диаграмма состояния дает представление о механизме образования структуры сплавов при их затвердевании. По оси абсцисс на диаграммах откладывают концентрацию каждого компонента, по оси ординат температуру. Диаграммы состояния строят на основании результатов исследований с использованием термического, микроскопического, рентгеноструктурного и других анализов.

При термическом анализе определяют температуру начала и конца затвердевания сплавов при переходе их из жидкого состояния в твердое, а также температуру всех превращений, происходящих в сплаве в твердом состоянии.

Термопара состоит из двух спаянных проволочек различных металлов заключенные в фарфоровый чехол. Спаянные разноименные металлы при высоких температурах индуцируют ток. Сила тока тем выше, чем выше температура спая.

Гальванометр – показывает напряжение тока, а так как оно пропорционально температуре, то и температуру.

Различают четыре основных типа диаграмм состояния.

Диаграмма состояния 1-го типа

Компоненты сплава неограниченно растворимы в жидком состоянии и нерастворимы в твердом (образуют механическую смесь).

6

Эвтектические сплавы обладают наименьшей температурой плавления и кристаллизации. Кроме того, он затвердевает и плавится при одной постоянной температуре.

31

327

243

0 13 100 Sb (сурьма)

100 87 0 Рb (свинец)

Такие особенности эвтектических сплавов используются в производственной практике при изготовлении припоев и предохранителей (припой «третник» состоит на 2/3 из свинца Т_плав = 327ºС и на 1/3 из олова Т_плав = 232ºС, образующаяся эвтектика имеет температуру плавления Т_плав = 180ºС).

Диаграмма состояния 2-го типа

Компоненты сплава неограниченно растворимы в жидком состоянии и в твердом состоянии, образуя однородные твердые растворы.

1440 630

1090 269

0 100 Ni (никель) 0 100 Sb (сурьма)

100 0 Cu (медь) 100 0 Bi (висмут)

По этому типу диаграмм также затвердевают: кобальт – никель, железо – никель и др. По линии солидуса можно определить состав кристаллов твердого раствора выпадающих из расплава. Первые кристаллы обогащены тугоплавким элементом, по мере понижения температуры увеличивается содержание легкоплавкого компонента. В результате структура получается неоднородной. Для выравнивания состава сплав подвергают повторному нагреву до температур на 50-100ºС ниже линии солидуса, с целью повысить диффузию атомов.

Твердые растворы могут распадаться с образованием механических смесей.

Диаграмма состояния 3-го типа

В жидком состоянии компоненты неограниченно растворимы, а в твердом обладают ограниченной растворимостью, образуя при кристаллизации эвтектику.

100% А 100% В

α – твердый раствор компонента В в кристаллической решетке компонента А

β – твердый раствор компонента А в кристаллической решетке компонента В

Диаграмма состояния 4-го типа

В жидком состоянии компоненты неограниченно растворимы, нерастворимы в твердом и образуют одно или несколько химических соединений. Эти соединения можно рассматривать как самостоятельный компонент, а диаграмму состояния этого типа как две или несколько сочлененных диаграмм.

Э₁ – эвтектика (АВ)+А

Э₂ – эвтектика (АВ)+В

По четвертом типу кристаллизуются сплавы: магния и свинца, кобальта и сурьмы, магния и кремния.