2.2. Диаграммы состояния двойных сплавов

2.2.1. Общие положения

При установлении режимов горячей обработки сплавов (прокатка, ковка, штамповка, прессование и др.), термической обработки (отжиг, закалка, нормализация и др.) необходимы сведения о превращениях структуры, ее количественных и качественных изменениях при изменении температуры. Для оценки свойств сплава важно знать не только структуру фаз, но и доли массы, которую они занимают.

Если в твердом состоянии при изменении температуры не происходит изменений в строении сплава, то термическая обработка в большинстве случаев теряет смысл. Графическую зависимость состояния сплавов определенной системы от концентрации компонентов (химического состава) и температуры устанавливают диаграммы состояний. По диаграмме можно определить, при какой температуре происходит затвердевание сплава, какие превращения происходят при нагреве и охлаждении, количественный и качественный состав фаз и др.

Д

Рис. 27. Координаты для изображения состояний двухкомпонентной системы

иаграмма двухкомпонентного сплава строится в двух измерениях: температура – концентрация (рис. 27). По оси ординат откладывается температура, а по оси абсцисс – концентрация. Общее содержание компонентов в любом сплаве составляет 100 %. Левая крайняя точка А по оси концентраций соответствует 100 %-му содержанию компонента А. Процентное содержание второго компонента откладывается по этой оси слева направо. Правая крайняя точка В соответствует 100 %-му содержанию второго компонента В. Каждая промежуточная точка на оси абсцисс соответствует определенному содержанию сплава. Например, в точке С сплав состоит из 40 % компонента В и 60 % компонента А. В точке Д – 80 % компонента В и 20 % компонента А, и т. д. Следовательно, по мере удаления от точки А увеличивается количество компонента В и наоборот.

Ось ординат показывает изменение температуры, и каждая точка на оси (например точка Е) соответствует определенному фазовому состоянию рассматриваемого сплава при определенной температуре Т_Е.

2.2.2. Порядок построения диаграмм

Рис. 28. Схема установки для построения кривых охлаждения: 1 – нагревательное устройство; 2 – тигель; 3 – термопара; 4 – гальванометр

Рис. 29. Кривая охлаждения сплава

Диаграммы состояния обычно строятся по экспериментальным данным термического анализа и исследованию структур сплавов в твердом состоянии.

Из исследуемых компонентов изготавливается серия сплавов разного химического состава, и для каждого из них строится кривая охлаждения. Температура измеряется обычно термо­парой (рис. 28). В нагревательное устройство 1 помещается тигель 2, в котором находится исследуемый сплав. После его расплавления в тигель погружается горячий спай термопары 3 и производится медленное охлаждение. Через определенные промежутки времени производится фиксация температуры и строится кривая охлаждения (рис. 29). Из рисунка видно, что на кривой имеется две характерные точки t₁ и t₂. При t₁ падение температуры сплава замедляется. Это свидетельствует о том, что начался процесс с выделением такого количество тепла, которое частично компенсирует тепло, отводимое в окружающую среду. При температуре t₂ выделение тепла идет настолько интенсивно, что компенсирует потери в окружающее пространство полностью. В данном случае при температуре t₁ начинается кристаллизация сплава, а при температуре t₂ заканчивается. Эти температуры называются критическими температурами или критическими точками.

Рассмотрим построение диаграммы на конкретном примере. Пусть имеется сплав состоящий из двух компонентов А и В, которые неограниченно растворимы в жидком состоянии, но в твердом взаимно не растворимы и не образуют друг с другом химических соединений. Из этих двух компонентов создана серия сплавов различного химического состава, и для них получены критические температуры начала t₁ и конца t₂ кристаллизации (табл. 1).

Таблица 1