5.3 Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
В зависимости от взаимодействия указанных трех фаз возможны два вида диаграмм: диаграмма с эвтектикой и диаграмма с перитектикой.
Диаграмма состояния с эвтектикой (рис. 5.5).
1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В);
2. Число фаз: Ф = 3 (жидкая фаза Ж, α и β фазы, где α - твердый раствор атомов компонента В в кристаллической решетке компонента А, а β - твердый раствор атомов компонента А в кристаллической решетке компонента В.
3. Основные линии диаграммы:
- линия ликвидус ЕСР, состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке С;
- линия солидус ЕDСКF, состоит из трех участков;
- DМ – линия предельной растворимости компонента В в компоненте А;
- КH – линия предельной растворимости компонента А в компоненте В.
4. Типовые сплавы системы.
Кристаллизация сплава I. Выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии. В точке 1 начинается, а в точке 2 заканчивается кристаллизация сплава, образуются кристаллы твердого раствора α. Состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса (1 - h), состав α -фазы по линии солидуса (n - 2). При дальнейшем понижении температуры никаких фазовых превращений в этом сплаве не происходит.
Охлаждение сплава II. При температуре 1 начинается кристаллизация твердого раствора β, которая заканчивается по достижении температуры, соответствующей горизонтали DСК (точка 2) эвтектической реакцией Жc ↔ (α + β). После окончательного охлаждения структура сплава состоит из избыточных кристаллов β и эвтектики (α+β).
Рис.5.5. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной взаимной растворимостью компонентов в твердом состоянии с эвтектикой
Кристаллизация сплава III аналогична кристаллизации сплава I, но заканчивается образованием кристаллов твердого раствора β.
Сплав с концентрацией компонентов, соответствующей точке с, является эвтектическим сплавом. Сплав состоит из мелкодисперсных кристаллов твердых растворов α и β, образующих эвтектику (кр. тв. р-ра α + кр. тв. р-ра β). Кристаллы компонентов в чистом виде ни в одном из сплавов не присутствуют.
Диаграмма состояния с перитектикой - разновидность диаграммы состояния с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (рис. 5.6).
Рис.5.6. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной взаимной растворимостью компонентов в твердом состоянии с перитектикой
Линия СРЕ — линия ликвидуса, линия СFКЕ— солидуса. Кристаллизация сплавов I и IV происходит аналогично ранее разобранным. Иначе происходит кристаллизация сплавов, по составу расположенных между точками F и Р.
При кристаллизации сплава с концентрацией компонентов, соответствующей точке К, из жидкости выпадают и растут кристаллы α -твердого раствора. В точке К произойдет перитектическое (перитектос (греч.) — структура окружения) превращение: кристаллы α-твердого раствора взаимодействуют с жидкостью, образуя новую фазу — твердый раствор β: ЖР+ αF ↔ βК. При этом С = 2 - 3 + 1 = 0, т. е. реакция идет при постоянной температуре.
В сплавах, расположенных левее точки К, например в сплаве II, в точке 2 также происходит перитектическое превращение, приводящее к образованию твердого раствора β располагающегося по границам зерен α-фазы. После окончания кристаллизации структурой сплава будут зерна α-фазы, окруженные β-фазой.
В сплавах, расположенных правее точки К, например в сплаве III, количество выделившейся α-фазы невелико, она вся будет израсходована на перитектическое превращение. При дальнейшем понижении температуры от точки 2 до точки 3 будут образовываться и расти зерна β-твердого раствора. Затвердевший сплав имеет структуру, состоящую из зерен твердого раствора β.