5.2 Распад твердого раствора

Следующими практически важными видами превращения в твердых сплавах являются полный и частичный распад твердого раствора.

При полном распаде твердого раствора образуются новые фазы, при частичном – выделяется из твердого раствора или растворяется в нем другая фаза. При этих превращениях меняется структура сплавов, а следовательно, и их свойства (см. рис. 20).

Отличительная особенность сварного соединения металлов с полиморфным превращением в твердом состоянии – получение вторичных мелких зерен в пределах крупных первичных кристаллитов, образовавшихся при переходе из жидкого состояния в твердое (при первичной кристаллизации). Прочность и вязкость благодаря этому улучшаются, происходит плавное изменение свойств металла шва в соответствии с характером образовавшихся фаз (см. рис. 20).

На практике часто приходится иметь дело со сваркой не только чистых металлов, но и сплавов. В сварных соединениях сплавов могут существовать твердые растворы нескольких компонентов, эвтектические или эвтектоидные смеси и химические соединения.

5.3 Диаграммы состояния тройных систем

В системе, состоящей из трех компонентов, в отличие от двухкомпонентных, прибавляется еще одна независимая переменная – концентрация третьего компонента, поэтому диаграмма состояния должна строиться в трех координатах, т.е. в пространстве. Здесь обычно значения процентных содержаний (концентрации компонентов) наносятся на горизонтальные плоскости, а значения температур – по вертикали. Основанием такой пространственной фигуры является обычно равносторонний (правильный) треугольник, по которому определяют значения концентраций всех трех компонентов в любом сплаве системы. Такой треугольник – основание диаграммы состояний тройной системы – называется концентрационным (рис. 23).

Рисунок 23 – Концентрационные треугольники тройной системы А-В-С

Метод отсчета состава сплава по концентрационному треугольнику заключается в следующем.

1 Через данную точку М внутри треугольника А-В-С проводят прямые, параллельные его сторонам. Отрезки на сторонах треугольника, заключенные между вершиной и точкой пересечения прямой, проведенной параллельно стороне треугольника, определяют количество того компонента, вершина которого противоположна стороне, параллельно которой проведена прямая. При таком методе отсчета необходимо следить, чтобы концентрация компонентов откладывалась в одном направлении (например, против часовой стрелки – см. рис. 23, а).

2 Другой способ. Вершины треугольника отвечают соответствующим чистым компонентам А, В и С. На сторонах треугольника будут находиться соответствующие двойные системы А – В, В – С и С – А, а все тройные сплавы (состоящие из трех компонентов) будут заключаться внутри треугольника, т.е. каждая точка в нем будет отвечать тройному сплаву определенного состава, и этот состав, т.е. концентрация компонентов в сплаве, определится по длине перпендикуляров, опущенных на стороны треугольника из точки, соответствующей составу взятого сплава. Основание: в равностороннем треугольнике сумма всех перпендикуляров, опущенных из любой точки на стороны треугольника, равна его высоте. Таким образом, если высоту треугольника разделить на 100 частей соответственно 100 % каждого компонента, а длины каждого из перпендикуляров в тех же единицах считать пропорциональными процентному содержанию компонентов в сплаве, то эти длины и будут определять концентрацию каждого из компонентов в сплаве, т.е. дадут его полный состав. Какой перпендикуляр какому компоненту соответствует, можно определить по фигуре: ведь каждая высота треугольника представляет перпендикуляр, определяющий 100 % компонента, расположенного в соответствующей вершине; поэтому все перпендикуляры, параллельные данной высоте, являются как бы частью этой высоты и определяют процент того самого компонента, 100 % которого определяются соответствующей высотой треугольника.

Следовательно, состав сплава, отвечающего любой точке треугольника, определяется длиной перпендикуляров, опущенных из этой точки на стороны треугольника, и каждый перпендикуляр соответствует процентному содержанию того компонента, который определяется высотой, параллельной данному перпендикуляру (см. рис. 23, б).

Тройные диаграммы строятся экспериментальным путем. Для этого, так же, как и в случае двойных сплавов, определяют критические температуры построением кривых охлаждения или нагрева и наносят на линию данного сплава, т.е. на перпендикуляр к плоскости в точке данного сплава. При соединении точек ликвидус получается поверхность ликвидус, а при соединении точек солидус получится поверхность солидус. Вид тройной диаграммы состояния зависит от того, какие фазы образуются в результате взаимодействия элементов в сплаве. Изучение их сложно. Рассмотрим наиболее простые случаи (рис. 24, 25).

Рисунок 24 – Диаграмма состояния тройных сплавов с неограниченной

растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях (а)

и кривая охлаждения сплава 1 (б)

Рисунок 25 – Диаграмма состояния трехкомпонентной системы.

Компоненты не растворимы в твердом состоянии

и образуют тройную эвтектику (пространственное изображение)

Поверхность А^/В^/С^/ – поверхность ликвидус, вогнутая – поверхность солидус.

Для изучения таких диаграмм пользуются проекциями изотермических сечений, которые указывают для любого сплава температуру плавления, или развертками диаграмм (рис. 26).

Рисунок 26 – Диаграмма состояния трехкомпонентной системы.

Компоненты не растворимы в твердом состоянии

и образуют тройную эвтектику (развертка)