
- •Кафедра «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы» разбор диаграмм состояния двойных сплавов
- •Теоретическая часть
- •1.Правило фаз
- •2. Строение сплавов
- •3. Типовые диаграммы состояния
- •3.1. Диаграмма состояния систем, образующих неограниченные твердые растворы
- •Правило отрезков
- •Диаграмма состояния эвтектического типа с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии
- •3.3. Диаграмма состояния эвтектического типа с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •Фазовые превращения при охлаждении сплавов
- •3.4. Диаграмма состояния для сплавов с промежуточной фазой
- •Практическая часть оборудование и образцы
- •Задание
- •4. Методические указания
- •Кривая охлаждения
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Диаграммы состояния двойных сплавоb
- •Варианты заданий
- •Разбор диаграмм состояния двойных сплавов
- •443100. Г. Самара, ул. Молодогвардейская, 224, Главный корпус
Правило отрезков
Чтобы в конкретном сплаве при заданной температуре определить концентрацию компонентов в фазах, через фигуративную точку, характеризующую состояние сплава, проводят коноду – горизонтальную линию до пересечения с линиями диаграммы, ограничивающими данную область. Проекции точек пересечение на ось концентраций показывают состав фаз. Отрезки между фигуративной точкой и точками, определяющими состав фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.
Например, для определения состава фаз при температурах t1, tK, t2 сплава N (см. рис. 1, а), через фигуративные точки 1, k, 2 проводим коноды. Проекции точек пересечения конод с линией ликвидус на ось концентраций показывают состав жидкой фазы (1, m, 2′), а точек пересечения с линией солидус(1′, n, 2) – состав твердой фазы.
Как уже отмечалось, в процессе кристаллизации изменяется не только состав фаз, но и количественное соотношение между ними. Для определения массы или объемного количества твердой фазы необходимо вычислить отношение длины отрезка, примыкающего к составу жидкой фазы, к длине всей коноды; для определения количества жидкой фазы – отношение длины отрезка, примыкающего к составу твердой фазы, к длине коноды.
Например, при температуре tк, в рассматриваемом сплаве N процентное содержание жидкой и твердой фаз будет таким:
для жидкой фазы состава m (Lm): QLm
;
для твердой фазы состава n (αn) : Qαn
.
относительное количество фаз определяется из соотношения:
.
Диаграмма состояния эвтектического типа с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии
Компоненты: вещества А и В.
Характеристика диаграммы (рис.3): оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии; в твердом – практически* нерастворимы друг в друге и не образуют химических соединений.
При добавлении компонентов А и В одного к другому происходит снижение температур начала и конца кристаллизации сплава, в результате чего при некоторой температуре tE жидкость LE оказывается в эвтектическом равновесии с практически чистыми компонентами А и В,
*Любые компоненты растворяются друг в друге, но в данном случае в таком небольшом количестве, что область существования твердых растворов в выбранном масштабе невозможно указать на диаграмме состояния.
то
есть LE
(А)
+(В).
(Скобками рядом с компонентами означают,
что компоненты А
и В
все же являются твердыми растворами
пусть и с очень небольшой концентрацией
второго компонента).
Фазы: жидкость L, кристаллы (А), кристаллы (В).
Точки: А′ – температура плавления и кристаллизации компонента А; В′ – температура плавления и кристаллизации компонента В; Е– точка эвтектики.
Линии: А′ЕВ′ – ликвидус; А′СEDВ′– солидус (точки С и D не принадлежат оси температур). Линия СED в то же время является и эвтектической линией.
Рис. 3 Фазовая диаграмма состояния для сплавов с эвтектикой из чистых компонентов.
Эвтектическое равновесие для данной системы представляет собой равновесие жидкости эвтектического состава (LE) с кристаллами (А) и (В): LE А+В.
Образующуюся смесь называют эвтектикой.
Сплав с составом точки Е называют эвтектическим. Сплавы, находящиеся левее точки Е называют доэвтектическими, а правее точки Е – заэвтектическими.
Фазовые превращения при охлаждении типичных сплавов.
Сплав N (доэвтектический сплав) (рис.4, а).
а б
Рис. 4. Структурная диаграмма состояния эвтектического типа (а) и кривая охлаждения трансформация структуры (б) для доэвтектического сплава N
При охлаждении из жидкого состояния до температуры начала кристаллизации t1 (точка 1) число степеней свободы С=2. Идет простое охлаждение жидкости LN.
При охлаждении в интервале от t1 до t2 число степеней свободы С=1. Происходит кристаллизация практически чистого компонента (А) :. L1-Е
(А).
При температуре t2=tE сохранившаяся жидкость, приобретая эвтектический состав точки Е, претерпевает эвтектическое превращение: идет совместное выделение кристаллов (А) и (В), образующих эвтектику: LE
(A)+(B).
Ниже точки 2 (t2) идет простое охлаждение сплава, состоящего из первичных кристаллов (А) и эвтектики ((А)+(В)) (см. рис. 4, б).
Аналогичные фазовые превращения имеют все сплавы, расположенные правее эвтектической точки (заэвтектические сплавы), с тем отличием, что при первичной кристаллизации выделяются кристаллы (В), и соответственно структура сплавов при комнатной температуре состоит из кристаллов (В) и эвтектики ((А)+(В)).
В эвтектическом сплаве состава точки Е кристаллизация жидкости протекает сразу же по эвтектической реакции и окончательная структура состоит только из одной эвтектики ((А)+(В)).
На диаграмме следует вертикальными пунктирными линиями выделять области, имеющие разные структурные составляющие (см. рис. 4, а).
Следует отметить, что у всех сплавов, кристаллизирующихся по этой диаграмме, ниже эвтектической горизонтали фазовый состав один и тот же – это кристаллы (А) и кристаллы (В) (см. рис. 3).
На кривой охлаждения (см. рис.4, б) в точке 1 будет перегиб. Это связано с образованием кристаллов (А) и выделением скрытой теплоты кристаллизации. Скорость охлаждения уменьшается (участок 1-2).
В процессе эвтектического превращения температура остается постоянной – на кривой охлаждения будет горизонтальный участок 2-2'.
При более низких температурах идет равномерное с затуханием охлаждение сплава (участок 2'-tком).
Применим
правило отрезков к фигуративной точке
k
сплава
N
(см. рис. 4, а). Проведем коноду mkn.
При
температуре точки k
(tк)
сплав состоит из жидкости состава точки
n
и
кристаллов (А).
Процентное количество фаз будет таким:
QLn
;
QA
.
При эвтектической температуре доля первичных кристаллов (А) доля жидкости состава точки Е (доля эвтектики) определятся из следующих соотношений (конода С2Е):
QA
,
QLe
QЭ
.