5.4 Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения

При сплавлении компонентов, имеющих большое различие в размерах атомов, кристаллическом строении и свойствах, возможно образование химических соединений АnВm. Химическое соединение такого вида может быть устойчивым и неустойчивым.

Диаграмма с устойчивым химическим соединением

Если химическое соединение при нагреве до температуры плавления не диссоциирует, оно является устойчивым. Такое химическое соединение в диаграммах состояния играет роль компонента. С элементами, составляющими данную систему, устойчивое химическое соединение может образовывать как механические смеси (рис. 5.7, а), так и твердые растворы на базе химического соединения (рис. 5.7, б, в).

Диаграмму состояния с образованием механических смесей, можно рассматривать как сложную, состоящую из двух: 1) компонент А + химическое соединение АnВm; 2) компонент В + химическое соединение АnВm.

В месте соединения двух диаграмм получается точка перелома или острая вершина. Наличие такой вершины на линии ликвидуса является характерным признаком, указывающим на возникновение устойчивого химического соединения при такой концентрации сплава.

Образование химического соединения на диаграмме изображается вертикальной линией, проходящей через точку, соответствующую составу соединения (рис. 5.7)

а) б) в)

Рис. 5.7. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения: а – с образованием механической смеси; б, в – с образованием твердых растворов на базе химического соединения

Число фаз и вид простых диаграмм определяются характером взаимодействия между компонентами. Эвт₁ (кр. А + кр. AmBn); Эвт₂ (кр. B + кр. AmBn).

Неустойчивым химическим соединением называют такое соединение АnВm, которое при нагреве диссоциирует на составные элементы.

5.5 Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (переменная растворимость)

Кроме первичных превращений, т. е. превращений, связанных с переходом из жидкого состояния в твердое, в сплавах часто наблюдаются вторичные превращения, происходящие в твердых сплавах при их нагреве или охлаждении. Примером таких превра­щений являются: изменение растворимости компонентов, аллотропические превращения, упорядочение твердых растворов. Эти превращения имеют весьма важное значение на практике, так как обусловливают возможность термической обработки сплавов

Пример диаграммы состояния, когда в сплавах изменяется растворимость компонентов с изменением температуры приведен на рис. 5.8.

По внешнему виду диаграмма похожа на диаграмму состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Отличие в том, что линии предельной растворимости компонентов не перпендикулярны оси концентрации. Появляются области, в которых из однородных твердых растворов при понижении температуры выделяются вторичные фазы.

На диаграмме:

 df – линия переменной предельной растворимости компонента В в компоненте А;

 ek – линия переменной предельной растворимости компонента А в компоненте В.

Кривая охлаждения сплава I представлена на рис. 5.8 б.

Рис. 5.8. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (а) и кривая охлаждения сплава (б)

Процесс кристаллизации сплава I: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации твердого раствора α. На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре. При достижении температуры соответствующей точке 2, сплав затвердевает, при дальнейшем понижении температуры охлаждается сплав в твердом состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора α. При достижении температуры, соответствующей точке 3, твердый раствор α оказывается насыщенным компонентом В, при более низких температурах растворимость второго компонента уменьшается, поэтому из α - раствора начинает выделяться избыточный компонент в виде кристаллов . За точкой 3 сплав состоит из двух фаз: кристаллов твердого раствора α и вторичных кристаллов твердого раствора .