II. Задачи на построение диаграмм двухкомпонентных систем

Данную практическую работу необходимо выполнять в следующей последовательности:

1 – построить диаграмму состояния по описанию;

2 – указать характер взаимодействия компонентов в жидком и твердом состояниях (типы сплавов и области их существования);

3 – указать линии ликвидуса и солидуса;

4 – записать реакции моно- и нонвариантных равновесий;

5 – построить кривую охлаждения для заданного состава и описать процесс кристаллизации с указанием фазовых превращений;

6 – построить зависимость весовой доли какой-либо фазы от состава при заданной преподавателем температуре;

7 – построить для заданного преподавателем сплава зависимость равновесного количества какой-либо фазы от температуры, используя правило отрезков;

8 – зарисовать структуру, указать фазы и структурные составляющие.

2.1. Диаграммы состояния с нонвариантным эвтектическим превращением

1. CИСТЕМА Pb – Bi (масc. %). При 250^оС в сплаве с 50% Bi происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердых растворов α (30% Bi, остальное Pb) и β (2% Pb, остальное Bi). При 20^оС растворимость висмута в свинце составляет 20%, свинца в висмуте – 0,2%. Температура плавления свинца – 327^оС, висмута – 271^оС.

2. СИСТЕМА AL – Si (масc. %). При 577°С в сплаве с 12% Si происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердых растворов α (5% Si, ост. Al) и β (8% Al, ост. Si). При 20°С растворимость кремния в алюминии составляет 0,5%, алюминия в кремнии – 5 %. Температура плавления алюминия – 660°С, кремния - 1414°С.

3. СИСТЕМA Вi – Sn (масc. %). При 140°С в сплаве с 58% Вi происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердых растворов α (10% Вi, ост. Sn) и β (9% Sn, ост. Вi). При 20°С растворимость висмута в олове составляет 3 маc. %, олова в висмуте - 5 %. Тем­пература плавления олова – 232°С, висмута – 271°С.

4. СИСТЕМА Cu – Ag (масc. %). При 779°С в сплаве с 28,5% Сu происхо­дит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердых растворов α (8% Сu, ост. Аg) и β (10% Ag, ост. Cu). При 20°С растворимость меди в серебре составляет 0,2%, серебра в меди – 0,5 %. Темпера­тура плавления серебра – 960°С, меди – 1083°С.

5. СИСТЕМА Pb – Sn (масс. %). При 183°С в сплаве с 61,8% Sn происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердых растворов α (19,5% Sn, ост. Pb) и β (2, 6 % Pb, ост. Sn). При 20°С раствори­мость свинца в олове составляет 0,5%, слова в свинце – 1,0 %. Температура плавления свинца – 327°С, олова – 232°С.

6. СИСТЕМА Al – Sn (%, ат.). При 229°С в сплаве с 5% Al происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердых растворов α (0,2% Аl, ост. Sn) и β (2% Sn, ост. Al). При 20°С растворимость алюминия в олове составляет 0,1%, олова в алюминии – 0,2 %. Темпе­ратура плавления олова – 232°С, алюминия – 660°С.

7. СИСТЕМА Ge – Sb (масc. %). При 592°С в сплаве с 13,5% Ge происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердых растворов α (4,6 % Ge, ост. Sb) и β (3, 9 % Sb, ост. Ge). Растворимость при 540°С германия в сурьме – 2,2%, сурьмы в германии – 2,5%. Темпе­ратура плавления сурьмы – 630°С, германия – 958°С.

8. СИСТЕМА Zn – Cd (масc. %). При 266°С в сплаве с 17,4 % Zn происходит нонвариантное эвтектическое превращение с кристаллизацией твердых растворов α (3 % Zn, oст.Cd) и β (2,1 % Cd, ост. Zn). При 150 °C растворимость цинкa в кадмии составляет I%, кадмия в цинке – 1%. Температура плавления кадмия – 321 °С, цинка – 419°С.

9. СИСТЕМА Си – Р (масc. %) в области сплавов Cu – Cu₃Р. При 714°С в сплаве с 8,4% Р происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердого раствора α (1,7% Р) и химического соединения Cu₃P (11% P). При 500°С растворимость фосфора в меди понижается до 0,3%. Температура плавления меди – 1083°С, Cu₃P – 815°С.

10. СИСТЕМА Cd – In (ат. %). При 123°С в сплаве с 73 % In происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией кадмия и твердого раствора α (84 % In, ост. Cd). Растворимость при 20°С кадмия в индии равна 4 %. Температура плавления кадмия – 321°С, индия – 151°С.

11. СИСТЕМА Al – Си (масc. %) в области сплавов Al – CuAl₂. При 548 °С в сплаве с 33% Cu происходит эвтектическое превращение с крис­таллизацией твердого раствора α (5% Cu, ост. Al) и химического соединения CuAl₂ (53 % меди). При 200°С растворимость меди в алюминии ~ 1,0%. Температура плавления алюминия 660°С, Си Аl₂ – около 580°С.

12. СИСТЕМА Al – Mg (масc. %) в области сплавов Al – Mg₂Al₃. При 451^оС в сплаве с 32 % Mg происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердого раствора α (14 % Мg, ост. Al) и устойчивого химического соединения Mg₂Al₃ (38 % Мg). При 100°С растворимость магния в алюминии уменьшается до 3%. Температу­ра плавления алюминия - 660°С, химического соединения - 470°С.

13. СИСТЕМА Ni – Тi (ат. %) в области сплавов Ni – TiNi₃. При 1300^oС в сплаве с 14 % Тi происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердого раствора γ (12% Ti) и устойчивого химического соединения TiNi₃ (25 % Ti). При 500°С раствори­мость титана в никеле понижается до 5%. Температура плавления нике­ля – 1459°С, химического соединения TiNi₃ – 1380°С.

14. СИСТЕМА U – V (ат. %) При 1040°С в сплаве с 18 ат. % V происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердых растворов γ (11% V, ост. U) и δ (6% U, ост. V). При 800^оС растворимость ванадия в уране снижается до 9%, урана в ванадии до 4%. Температура плавления урана 1125°С, ванадия – 1900°С.

15. СИСТЕМА Мg – Tl (ат. %) в области сплавов Мg – Mg₅Tl₂. При 405°С в сплаве с 26 % Тl происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердого раствора α (15,4 % Tl) и химического соединения Mg₅Tl₂ (29,2 % Tl). При 100°С растворимость тал­лия в магнии 6%. Температура плавления магния - 650°С, Mg₅Tl₂ - 413°С.

16. СИСТЕМА Ag – Gd (ат. %) в области сплавов Ag – AgGd. При температуре 780 ^оС в сплаве с 11% Gd происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердого раствора  (2 % Gd, ост. Ag) и устойчивого химического соединения AgGd (50 % Gd). При 500^оС растворимость гадолиния в серебре снижается до 0,2 %. Температура плавления серебра равна 960^оС, химического соединения AgGd – 975 ^оC.

17. СИСТЕМА V – Sc (ат. %). При температуре 1410 ^оС в сплаве с 4 % V происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердых растворов  (2 % Sc, ост. V) и  (2 % V, ост. Sc). При 1400 ^оС растворимость скандия в ванадии снижается до 0,3 %, а ванадия в скандии – до 1%. Температура плавления ванадия равна 1920 ^оС, скандия – 1575 ^оC.

18. СИСТЕМА Ti – Ru (ат. %) в области сплавов TiRu – Ru. При температуре 1185 ^оС в сплаве с 25 % Ti происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией -фазы на основе химического соединения TiRu, содержащей 54 % Ru, ост. Ti, и -фазы, содержащей 15 % Ti, ост. Ru. При 1000 ^оС растворимость рутения в соединении TiRu снижается до 52 % Ru, а титана в рутении – до 10%. Температура плавления рутения равна 2300 ^оС, химического соединения TiRu – 2129 ^оC.

19. СИСТЕМА Ba – Si (масс. %) в области сплавов BaSi₂ – Si. При температуре 1020^оС в сплаве с 77 % Si происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией устойчивого химического соединения BaSi₂ (30 % Ва, ост. Si) и твердого раствора  (0.7 % Ва, ост. Si). При 20^оС растворимость бария в кремнии практически равна нулю. Температура плавления химического соединения BaSi₂ равна 1200^оС, а кремния – 1414 ^оC.

20. СИСТЕМА Cu – B (ат. %). При температуре 1013 ^оС в сплаве с 13.3 % бора происходит эвтектическое превращение с кристаллизацией твердых растворов  (2 % В, ост. Cu) и  (2.5 % Cu, ост. B). При 800^оС растворимость бора в меди снижается практически до 0%, а меди в боре – до 1.5 %. Температура плавления меди равна 1083 ^оС, бора – 2450 ^оC.

21. Система Ti – Fe (% ат.) в области сплавов Ti – 50% Fe. При температуре 1085^оС в сплаве с 31 %Fe происходит нонвариантное эвтектическое превращение с кристаллизацией твердого раствора  (22 % Fe, ост. Ti) и устойчивого химического соединения TiFe (c 50% Fe).

При охлаждении до 600 ^оС концентрация железа в твердом растворе β-Тi понижается до 16 %. Температура плавления титана –1670 ^оС, химического соединения TiFe – 1317 ^оC.

22. Система Ti – Fe (% ат.) в области сплавов TiFe₂ – Fe. При температуре 1289 ^оС в сплаве с 86 % Fe происходит нонвариантное эвтектическое превращение с кристаллизацией фазы переменного состава на основе устойчивого химического соединения TiFe₂ (75,5% Fe, остальное Ti) и твердого раствора на основе δ-Fe с 8% Ti. При 600^оС содержание железа в (TiFe₂) снижается до 72 %, титана в (δ-Fe) – до 4 %. Температура плавления железа – 1538 ^оС, устойчивого химического соединения – 1427 ^оС.

23. Система Fe - Hf (% ат.) в области сплавов Fe – Fe₂Hf. При температуре 1390 ^оС в сплаве с 8,5 % Hf происходит нонвариантное эвтектическое превращение с кристаллизацией твердого раствора на основе δ-Fe с 2% Hf, остальное – Fe, и фазы переменного состава на основе устойчивого химического соединения Fe₂Hf (λ-фаза) с 26 % Hf, остальное – Fe. При 1330^оС растворимость гафния в δ-Fe составляет 0,5%, в λ-фазе – 28 %. Температура плавления железа – 1538 ^оС, химического соединения Fe₂Hf – 1820 ^оС.

24. Система Ti – Si (% ат.) в области сплавов Ti₅Si₃ – Ti. При температуре 1330 ^оС в сплаве с 86,5 % Ti происходит нонвариантное эвтектическое превращение с кристаллизацией устойчивого химического соединения Ti₅Si₃ (62% Ti остальное – Si) и твердого раствора на основе β-Ti с 5% кремния. При 1200^оС растворимость кремния в титане снижается до 3%. Температура плавления титана – 1670 ^оС, химического соединения Ti₅Si₃ – 2130 ^оС.

25. Система Ir – Ta (% ат.) в области сплавов Ir – 25%Ta. При температуре 2324^оС в сплаве с 16% Ta происходит нонвариантное эвтектическое превращение с кристаллизацией твердого раствора α (14% Ta, остальное – Ir) и фазы переменного состава β (24% Ta, остальное – Ir) на основе устойчивого химического соединения. При температуре 2200^оС растворимость тантала в иридии снижается до 12%, в β-фазе – до 25%. Температура плавления иридия – 2447 ^оС, устойчивого химического соединения – 2454 ^оС