Контрольная работа № 1 до этой темы Кристаллизация сплавов

Кристаллизация сплавов подчиняется тем же закономерностям, что и кристаллизация чистых металлов. Необходимым условием является стремление системы в состояние с минимумом свободной энергии.

В сплавах в твердых состояниях, имеют место процессы перекристаллизации, обусловленные аллотропическими превращениями компонентов сплава, распадом твердых растворов, выделением из твердых растворов вторичных фаз, когда растворимость компонентов в твердом состоянии меняется с изменением температуры.

Эти превращения называют фазовыми превращениями в твердом состоянии.

При перекристаллизации в твердом состоянии образуются центры кристаллизации и происходит их рост. Обычно центры кристаллизации возникают по границам зерен старой фазы, где решетка имеет наиболее дефектное строение, и где имеются примеси, которые могут стать центрами новых кристаллов. У старой и новой фазы, в течение некоторого времени, имеются общие плоскости. Такая связь решеток называется когерентной связью. В случае различия строения старой и новой фаз превращение протекает с образованием промежуточных фаз.

Процессы кристаллизации сплавов изучаются по диаграммам состояния.

Понятие о диаграммах состояния сплавов

Диаграмма состояния - графическое изображение состояния любого сплава изучаемой системы в зависимости от его концентрации и температуры. Диаграмма состояния показывает равновесные, устойчивые состояния, т е. такие, которые при данных условиях обладают минимальной свободной энергией.

Диаграммы состояния дает возможность изучать фазы и структурные составляющие сплава, устанавливать возможность проведения термической обработки и ее режимы, температуры литья, горячей пластической деформации и т. д.

В любой системе число фаз, находящихся в равновесии, зависит от внутренних и внешних условий. Изменения, происходящие в системе, подчинены общему закону равновесия, который называется правилом фаз или законом Г и б б с а.

Правило фаз выражает зависимость между числом степеней свободы С (вариантностью) системы, числом компонентов К и числом фаз системы Ф, находящихся в равновесии. В общем виде

С = К - Ф + 2,

где 2 — число переменных внешних факторов равновесия (температура и давление).

Вариантность C (число степеней свободы) – это число внутренних и внешних факторов (температура, давление, концентрация), которые можно изменять без изменения количества фаз в системе.

Если вариантность C = 1 (моновариантная система), то возможно изменение одного из факторов в некоторых пределах, без изменения числа фаз.

Если вариантность C = 0 (нонвариантная cистема), то внешние факторы изменять нельзя без изменения числа фаз в системе.

Обычно все превращения в металлах и сплавах происходят при постоянном атмосферном давлении. Тогда правило фаз записывают так:

С = К - Ф + 1

где: С – число степеней свободы, К – число компонентов, Ф – число фаз, 1 – учитывает возможность изменения температуры.

Уравнение правила фаз позволяет корректировать правильность построения диаграмм состояния.

Построение диаграмм состояния осуществляют различными экспериментальными методами. Наиболее часто пользуются методом термического анализа. Сущность этого метода: отбирают несколько сплавов данной системы с различным соотношением масс входящих в них компонентов. Сплавы помещают в огнеупорные тигли и нагревают в печи. После расплавления сплавов тигли со сплавами медленно охлаждают и фиксируют скорость охлаждения. По полученным данным строят термические кривые в координатах время-температура. В результате измерений получают серию кривых охлаждения, на которых при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегиба и температурные остановки.

По полученным кривым охлаждения (критическим точкам) для различных сплавов изучаемой системы строят диаграмму состояния в координатах: по оси абсцисс — концентрация компонентов (компонента В), по оси ординат — температура.

Температуры, соответствующие фазовым превращениям, называются критическими точками.

Точки, отвечающие началу кристаллизации, называют точками ликвидуса, а конца кристаллизации - точками солидуса (в переводе с латинского ликвидус означает жидкий, солидус - твердый).

Линия 1, представляющая собой геометрическое место точек ликвидус, называется линией ликвидуса, выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии. Линия 2 - геометрическое место точек солидус - называется линией солидуса, ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии.

Основные линии (рис.4.5) диаграммы: линии ликвидуса, солидуса, а также линии соответствующие фазовым превращениям в твердом состоянии (3, 4).

Рис. 4.5. Диаграмма состояния