2 Диаграмму состояния системы медь – мышьяк

Диаграмма состояния системы Cu – As.

В основу обобщенной диаграммы состояния положены экспериментальные работы. В системе образуются твердые растворы на основе компонентов (Сu) и (As).

Начало кристаллизации (линия ликвидус) системы мышьяк – медь зависит от количества содержащегося компонента мышьяка. При отсутствии мышьяка т.е 0% начало кристаллизации происходит при температуре 1084,87 градусов по цельсию. При повышении количества мышьяка до 21% температура кристаллизации падает до 685 градусов по цельсию. Если повысить содержания мышьяка до 28% то температура начала кристаллизации возрастет до 827 градусов по цельсию. Затем при дальнейшем повышении колиства мышьяка в системе температура начала кристаллизации начинает уменьшаться и когда процентное содержание дойдет до 46% то температура начала кристаллизации установится на 610 градусах по цельсию. Конец кристаллизации (линия солидус) системы мышьяк – медь также зависит от содержания мышьяка. Начальная точка конца кристаллизации совпадает с точкой начала кристаллизации при 0% содержании мышьяка. Затем температура конца кристаллизации резко падает, при 8% содержании мышьяка температура опускается до 685 градусов по цельсию. При дальнейшем повышении количества мышьяка температура конца кристаллизации понизится до 610 градусов цельсия и при дальнейшем повышении процентного состава мышьяка температура конца кристаллизации останется неизменной.

В жидком состоянии при повышении концентрации мышьяка уменьшается температура начала кристаллизации. В твердом состоянии система ведет себя точно так же, но при этом при различной концентрации мышьяка мы можем наблюдать различные фазовые превращения. При 21% содержании мышьяка происходит эвтектическое превращение.

При концентрации мышьяка 27% происходит химическое превращение и образуется Cu₂As. При концентрации 32% происходит еще одно химическое превращение и образуется Cu₅As₂.

Н.С. Курнаков показал определенную зависимость между составом и структурой сплава, определяемой типом диаграммы состояния и свойствами сплава (твердостью, электропроводностью и.т.д.).

Закон Курнакова устанавливает связь между видом диаграммы состояния и свойствами сплавов.

В сплавах I типа свойства изменяются прямолинейно от одного компонента к другому, в сплавах II типа изменение свойств идет неравномерно, причем твердость при увеличении содержания компонента сначала возрастает, а затем падает; электропроводность, наоборот, вначале падает, потом возрастает.

В системе сплавов с ограниченной растворимостью компонентов свойства изменяются в соответствии с принадлежностью той или иной части диаграммы к I или II типу: сначала, пока образуется твердый раствор, свойства изменяются неравномерно; далее, когда образуется смесь растворов, свойства изменяются прямолинейно; затем опять неравномерно.

Изменения свойств в сплавах — химических соединениях выражаются ломаными линиями, и каждое из них может быть представлено двумя различными прямыми на двух отдельных диаграммах, так же как и сама диаграмма может быть разделена на две диаграммы I типа.

Изучив диаграммы состояния двойных сплавов, отметим, что с их помощью можно определить температуру плавления и кристаллизации конкретного сплава, его структуру, не проводя никаких испытаний. В то же время структура сплава, химический состав определяют его механические и технологические свойства.

Н.С. Курнаковым был положен метод изучения измерения свойств в зависимости от изменения состава и метод построения диаграммы «состав – свойство» в основу разработанного им физико-химического анализа сплавов. В настоящее время этот анализ является одним из основных методов получения новых сплавов с заранее заданными свойствами.

При образовании механической смеси на диаграмме а свойства сплава изменяются по линейному закону. Значения свойств сплава находятся в интервале между свойствами чистых компонентов. При образовании неограниченных твердых растворов свойства сплавов изменяются по криволинейной зависимости и достигают максимума примерно при равном количестве компонента А и В (диаграмма б). При образовании ограниченных твердых растворов (диаграмма в) свойства в интервале концентраций, отвечающих однофазным твердым растворам, изменяются по криволинейному, а в двухфазной области диаграммы по прямолинейному закону. Концентрация отвечает максимуму или минимуму свойств сплавов (диаграмма г).

На диаграммах состав – свойства сплавов линии под номером 1 характеризуют прочность, твердость, а под номером 2 – пластичность, электропроводность.

а) б) в) г)

Зависимость свойств сплавов от типа диаграмм состояния двойных металлов

Для определения свойств всех сплавов системы по закону Курнакова достаточно иметь данные о свойствах компонентов, составляющих эту систему, и диаграмму состояния сплавов.

Некоторые компоненты образуют с Cu твердые растворы, повышают прочность, понижают электро- и тепло- проводность. Влияние фосфора, мышьяка, марганца и кремния в количествах, определенных методом химического анализа, мало сказывается на изменении литейных, механических и коррозионных свойств материала.

Эти же добавки, образуя с медью ограниченные твердые растворы, повышают ее прочность и твердость. повышает температуру рекристаллизации и жаростойкость меди, а также парализует вредное влияние висмута, сурьмы и кислорода и поэтому иногда вводится даже как легирующий элемент.

Диаграмму состояния медь – мышьяк можно отнести к диаграммам вида (г) и по этой диаграмме можно проследить как изменяются свойства сплавов.