Структурная диаграмма первого типа

Структурную диаграмму первого типа рассмотрим на примере системы сплавов Pb-Sb. Опустим из точкиCперпендикуляр на ось абсцисс, делящий область твердого состояния на две части. Из анализа полученной диаграммы видно, что в сплаве с концентрацией 13%Sbпри постоянной температуре 246˚ в процессе кристаллизации будут выделяться одновременно кристаллыPbиSb, образуя эвтектику.

Эвтелтикойназывают механическую смесь двух (и более) фаз, одновременно кристаллизующихся из жидкого раствора. Сплав состоящий только из эвтектики называют эвтектическим. Он кристаллизуется при постоянной и наиболее низкой температуре для данной системы сплавов; все остальные сплавы затвердевают в интервале температур. СплавыPb–Sb, содержащие менее 13% процентовSb, называютдоэвтектическими, а сплавы с содержанием более 13% процентовSb– заэвтектическими.В доэвтектических сплавах вначале при охлаждении ниже линии ликвидуса выделяются кристаллыPb; это выделение происходит до тех пор, пока его концентрация в жидком растворе не достигнет эвтектической. Как только концентрацияPbв жидком растворе станет 87%Pbон кристаллизуется, образуя эвтектику. В заэвтектических сплавах происходит выделение избыточных кристалловSb, после чего также кристаллизуется эвтектика. Следовательно структурными составляющими сплавовPb–Sbявляются эвтектика и избыточные кристалыPbиSb. ОбластьIструктурной диаграммы состояния сплавовPb–Sbпредставляет жидкий раствор; областьII– жидкий раствор и кристаллыPb; областьIII– жидкий раствор и кристаллыSb; областьIV– эвтектику и кристаллыPb; областьV– эвтектику и кристаллыSb. Структурные составляющие сплавовPb–Sbв зависимости от условий кристаллизации имеют определенную форму, размеры и расположение.

На рис.? Приведена микроструктура доэвтектического сплава Pb–Sb; на фоне эвтектики видны дендридыPbтемного цвета. На рис.? Показана микроструктура эвтектического сплава, состоящая из эвтектики (тонкая смесь кристалловPbиSb). На рис.27 Представлена микроструктура заэвтектического сплава: светлые кристаллыSbрасположены на фоне эвтектики.

Если компоненты сплавов значительно отличаются по плотности, то выделяющиеся кристаллы будут не равномерно распределены в жидком сплаве. Более тяжелые кристаллы осаждаются на дно изложницы или формы. В этом случае к моменту полной кристаллизации, когда жидкий раствор образует эвтектику, последняя оказывается преимущественно вверху. Кристаллы более тяжелого избыточного компонента внизу. В результате химический состав в разных объемах затвердевшего слитка или отливки будет неоднородным. Явление неоднородности по химическим свойствам сплава называют ликвацией. Рассмотренный вид ликвации называют ликвацией по плотности.

Структурная диаграмма второго типа

Диаграмму состояния сплавов, компоненты которых неограниченно растворимы друг в друге, как в жидком, так и твердом состоянии, а при кристаллизации образуют твердый раствор, называют условно диаграммой второго типа. Диаграмма состояния меди с никелем, кристаллизующихся по этому типу, приведена на рис 29. Компонентами в этой системе являются медь и никель; число фаз две: жидкий раствор и твердый раствор переменой концентрации. Выше линии ликвидуса сплавы находятся в жидком состоянии, ниже линии солидуса – в твердом состоянии, образуя непрерывный ряд твердых растворов никеля в меди разной концентрации. Фазовая и структурная диаграммы состояния второго типа одинаковы. Область Iпредставляет собой жидкий раствор; областьII– жидкий раствор и кристаллы твердого раствора никеля ив меди, обозначенного на диаграмме буквой α. Применяя правило фаз для определения числа степеней свободы у сплавов, имеющих. Диаграмму состояний второго типа, найдем, что между линией ликвидуса и линией солидуса система одновариантна, т. е. Имеет одну степень свободы, а в областяхIиIII– двухвариантна.

Состав фаз и количественное соотношение фаз можно определить пользуясь правилом отрезков. Так состав фаз сплава с концентрацией никеля 30% при температуре 1200º определиться проекцией точек бивна ось абсцисс. Концентрация жидкой фазы – 22%Niи 78%Cu, а твердой фазы – 38%Niи 62%Cu. Количественное соотношение между массой жидкой фазы и всего сплава определиться отношением отрезкаавк отрезкубв. Пользуясь концентрационными отрезками на оси абсцисс, можно найти, чтоав=38-30,абв=38-22.Следовательно:

Таким образом, жидкая фаза составляет 50% массы всего сплава. Применяя правило отрезков можно найти и количественое соотношение между жидкой и твердой фазой.

Микроструктуры твердых растворов с разной концентрацией никеля одинаковы и похожи на микроструктуры чистого никеля и чистой меди.

Определяя при помощи правила отрезков у сплавов – твердых растворов состав фаз при разных температурах, можно видеть, что первые кристаллы твердого раствора богаты тугоплавким компонентом и что с понижением температуры как жидкий, так и твердый растворы обогащаются легкоплавким компонентом. К концу затвердевания кристаллы твердого раствора должны быть однородными, т.е. иметь одинаковый химический состав, соответствующий жидкому исходному раствору. Выравнивание состава осуществляется путем диффузии. При медленном охлаждении процесс диффузии успевает произойти, в условиях же быстрого охлаждения диффузия не успевает выравнить состав отдельных кристаллов. Центральная часть дендритов (зерен) будет богаче тугоплавким компонентом, а переферийная – легкоплавким элементом. Неоднородность по химическим свойствам наблюдаеющуюся в разных местах дендритов, называют внутризеренной или дендритной ликвацией. Быстрое охлаждение, в отличие от ликвации по плотности (удельному весу), способствует развитию дендритной ликвации. Дендритная ликвация может быть устранена путем длительной выдержки сплавов при высоких температурах.