Тройные диаграммы

Рисунок 4.11 –Пространственная диаграмма состояния системы А­В­С с тройной эвтектикой и переменной ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (а) и

ее проекция на плоскости концентрационного треугольника (б)

Рисунок 4.12 – Проекции поверхно­ стей ликвидусов граничных твердых растворов на плоскость концентраци­ онного треугольника

90

ство, ограниченное перечисленными поверхностями, отвечает трехфазному состоянию. Аналогично можно рассмотреть трехфазные объемы Ж+β+γ и

Ж+α+γ.

Точки а′, b′ и c′ пространственной диаграммы состояния (или их проек­ ции a, b и c на рисунке 4.11,б), изображающие составы αa′, βb′ и γc′­растворов при кристаллизации эвтектики ЖЕ′ →αa′+βb′+γc′, характеризуют максимальную совместную растворимость двух компонентов в третьем при эвтектической температуре ТЕ′. Таким образом, точка а′ (или а) отвечает максимальной рас­ творимости компонентов В и С в компоненте А (α­раствор насыщен относи­ тельно β­ и γ­растворов), точка b′ (или b) – растворимости компонентов А и С в компоненте В (β­раствор насыщен относительно α­ и γ­растворов) и точка c′ ­ растворимости компонентов А и В в компоненте С (γ­раствор насыщен от­ носительно α­ и β­растворов). Точка а1 соответствует максимальной совмест­ ной растворимости компонентов В и С в компоненте А при комнатной темпе­ ратуре Ткомн.. Аналогичный смысл имеют точки b1 и c1. На рисунке 4.15,б изо­ бражены конодные треугольники a′b′c′a′, m1n1k1m1, m2n2k2m2 и a1b1c1a1. Если фигуративная точка сплава находится внутри треугольника a′b′c′a′, то при по­ нижении температуры от ТЕ′ до Ткомн. составы α­, β­ и γ­растворов будут из­ меняться по кривым растворимости a′a1, b′b1 и c′c1 соответственно.

Рисунок 4.15 – Трехфазные объемы в системе А­В­С

Особенностью диаграммы состояния А­В­С (рисунок 4.11) от рассмот­ ренных диаграмм в предыдущих лекциях является то, что она имеет девять поверхностей сольвуса, которые можно разделить на две группы.

К первой группе относятся три линейчатые поверхности a′a1c1c′a′, a′a1b1b′a′ и b′b1c1c′b′ (рисунки 4.11,а и 4.15,б).

92

Каждая из этих поверхностей характеризует переменную растворимость одного компонента в двух других при температурах от эвтектической ТЕ′ до комнатной Ткомн.. Линейчатая поверхность a′a1c1c′a′ изображает переменную растворимость компонента В в компонентах А и С, поверхность a′a1b1b′a′ ­ растворимость компонента С в компонентах А и В и, наконец, поверхность b′b1c1c′b′ ­ растворимость компонента А в компонентах В и С. На плоскость концентрационного треугольника (см. рисунок 4.16) эти линейчатые поверх­ ности проектируются в области aa1c1ca, aa1b1ba и bb1c1cb (выделены сплош­ ными линиями).

Если фигурат ивная т очка сплава пересечет какую­либо из линейчат ых поверхност ей сольвуса, т о при пониж ении т емперат уры из двух раст воров будет выделят ься т рет ий. Предположим, что фигуративная точка исследуе­ мого сплава пересекла поверхность a′a1c1c′a′ в некоторой точке. В этом случае при понижении температуры из α­ и γ­растворов будут выделяться вторичные β­кристаллы (можно изобразить в пространстве соответствующие коноду и конодный треугольник).

Вторая группа включает шесть поверхностей сольвуса: а2′а′а1а4а2′ и

а3′а′а1а5а3′, b2′b′b1b4b2′ и b3′b′b1b5b3′, c2′c′c1c5c2′ и c3′c′c1c4c3′ (см. рисунок

4.11,а). Каждая из этих поверхностей характеризует влияние одного компо­ нента на растворимость второго в третьем при разных температурах. Напри­ мер, поверхность а3′а′а1а5а3′ показывает, как влияет компонент В на раство­ римость компонента С в компоненте А. Эти шесть поверхностей проектиру­ ются на плоскость концентрационного треугольника в области (см. рисунок

4.16): а2аа1а4а2 и а3аа1а5а3, b2bb1b4b2 и b3bb1b5b3, c2cc1c5c2 и c3cc1c4c3 (выделены точками).

Рисунок 4.16 – Проекции поверхно­ стей сольвуса системы А­В­С на плоскости концентрационного тре­ угольник

93

Если фигурат ивная т очка сплава пересечет любую из перечисленных шест и поверхност ей сольвуса, т о из соот вет ст вующего т вердого раст вора будет выпадат ь смеж ный. Предположим, что фигуративная точка сплава пересекла поверхность а2′а′а1а4а2′. В этом случае при понижении температуры из α­раствора будут выделяться вторичные β­кристаллы. Можно при анализе процессов кристаллизации сплава провести в пространственной диаграмме состояния (рисунок 4.11) серию конод. Один конец каждой коноды при этом будет находиться на поверхности а2′а′а1а4а2′, а другой ее конец – на поверхно­ сти b2′b′b1b4b2′.

Рассмотрим кристаллизацию тройных сплавов системы А­В­С. Фигуративная точка сплава 1 находится в области а2kа1а4а2 (рисунок

4.17). Сплав имеет три критические точки. Первая точка находится на по­ верхности ликвидуса α­раствора (проекция Ае1Ее2А), вторая точка – на по­ верхности солидуса α­раствора (проекция Аа2аа3А), третья точка – на поверх­ ности сольвуса а2аа1а4а2. Кривая охлаждения сплава и схема микроструктуры приведены на рисунке 4.18. Сплав 1 имеет две фазы (α и β) и две структурные составляющие (кристаллы α­раствора и вторичные кристаллы β­раствора).

Рисунок 4.17 – Положение фигуративных точек сплавов

Рисунок 4.18 – Кривая охлаждения и схема микроструктуры сплава 1

94

Сплав 2 (рисунок 4.17) имеет четыре критические точки, находящиеся соответственно на поверхностях: ликвидуса γ­раствора (проекция поверхно­ сти Се1Ее3С), солидуса γ­раствора (проекция Cc2cc3C), сольвуса (область c3cc1c4c3), при пересечение которого из γ­ раствора должен выделяться смеж­ ный β­раствор, и сольвуса (область bb1c1cb), при пересечение которого из растворов β и γ будет выделяться третий α­раствор. Кривая охлаждения и схема микроструктуры показаны на рисунке 4.19. Сплав 2 после затвердева­ ния будет состоять из трех фаз (α, β и γ) и трех структурных составляющих (первичные γ­кристаллы и вторичные β­ и α­кристаллы, которые располага­ ются по границам и внутри γ­кристаллов.

Рисунок 4.19 – Кривая охлаждения и схема микроструктуры сплава 2

Сплав 3 (рисунок 4.17) имеет три критические точки. Первая точка при­ надлежит поверхности ликвидуса γ­раствора (область Се1Ее3С) , вторая точка

– поверхности начала кристаллизации двойной эвтектики β+γ (область b3bЕcc3b3), а третья точка находится на эвтектическом треугольнике аbcа. Кривая охлаждения сплава 3 (рисунок 4.20) имеет два перегиба и одну гори­ зонтальную площадку при температуре ТЕ.

Рисунок 4.20 – Кривая охлаждения и схема микроструктуры сплава 3

95

13.Покажите проекции поверхностей сольвуса, характеризующих влия­ ние одного компонента на растворимость второго в третьем при разных тем­ пературах? Что будет происходить, если фигуративная точка сплава при кри­ сталлизации пересечет любую из этих поверхностей сольвуса?

14.Рассмотрите кристаллизацию сплавов, фигуративная точка которых находится в различных областях концентрационного треугольника диаграм­ мы состояния рассматриваемой тройной системы. Сколько критических точек имеет каждый сплав? Нарисуйте кривые охлаждения сплавов. Укажите фазо­ вый состав сплавов и их структуру при комнатной температуре.

97

РАЗДЕЛ 5. ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ФАЗАМИ

Лекция 14

План лекции

Изображение диаграммы состояния тройной системы с двойным конгруэнтно плавящимся соединением в пространстве и проекциях. Поверхности диаграммы состояния. Фазовые превращения в спла­ вах.

Диаграммы состояния систем с несколькими конгруэнтно плавящи­ мися соединениями. Принцип сингулярной триангуляции.

Промежуточные фазы могут быть в зависимости от растворимости в компонентах, из которых они образованы:

1)постоянного химического состава (химические соединения);

2)переменного химического состава (твердые растворы).

В зависимости от характера плавления промежуточные фазы делят на:

1)конгруэнтно плавящиеся (состав жидкой фазы совпадает с составом промежуточной фазы при температуре ее плавления);

2)инконгруэнтно плавящиеся (состав жидкой фазы при температуре плавления не совпадает с составом промежуточной фазы).

5.1Диаграмма состояния тройной системы с двойным конгруэнтно плавящимся соединением. Принцип сингулярной триангуляции

Диаграмма состояния тройной системы А­В­С с одной двойной конгру­ энтно плавящейся промежуточной фазой М постоянного состава в простран­ стве и проекциях приведена на рисунке 5.1. Она образована двумя двойными системами А­С и В­С эвтектического типа практически без растворимости компонентов в твердом состоянии и двойной системой А­В с одной промежу­ точной конгруэнтно плавящейся фазой М постоянного состава. Промежуточ­ ное химическое соединение М можно рассматривать как чистый компонент. Поэтому двойную систему А­В можно разделить на две простые эвтектиче­

98

ские системы А­М и М­В. В свою очередь фаза М образует с компонентом С систему эвтектического типа М­С, которая является по сути политермиче­ ским разрезом диаграммы состояния А­В­С (рисунок 5.2).

Разрез С­М делит всю диаграмму состояния А­В­С на две самостоятель­ ные тройные системы А­М­С и С­М­В с нонвариантными эвтектическими равновесиями ЖE1′ A+M+C и ЖE2′В+M+C соответственно.

По Курнакову Н.С. деление систем с конгруэнтно плавящимися соеди­ нениями на более простые, независимые друг от друга системы называют сингулярной т риангуляцией, а разрезы, делящие систему на простые – квази­ бинарными.

Следовательно разрез М­С в рассматриваемой системе является квази­ бинарным.

а б Рисунок 5.1 – Диаграмма состояния тройной системы с одной двойной конгруэнтно

плавящейся промежуточной фазой в пространстве (а) и проекциях (б)

Рисунок 5.2 ­ Квазибинарный разрез С­М диаграммы состояния тройной системы А­В­С, изображенной на рисунке 5.1

99