4.3. Диаграммы состояния двойных сплавов
Диаграмма состояния представляет собой зависимость между строением сплава, его составом и температурой. Диаграмма имеет несколько фаз.
Фазой считается определенная часть системы, образованной компонентами сплава, которая во всех своих точках имеет одинаковые состав, строение и свойства.
Жидкая фаза представляет собой раствор расплавленных компонентов.
Твердые фазы являются зернами, имеющими определенную форму, размер, состав, специфику строения и свойства. Твердые фазы можно наблюдать в микроскоп. Диаграмма состояния разделена линиями на области. Рассмотрим основные диаграммы состояния двойных сплавов.
Диаграмма состояния I рода
(Сплавы, образующие гетерогенные структуры)
Данная диаграмма (рис.4.3.1,a) охватывает сплавы, компоненты которых образуют смеси своих практически чистых зерен при ничтожной взаимной растворимости. На оси абсцисс отложена процентная доля компонента B в сплаве. Процентная доля компонента A увеличивается в противоположном направлении оси абсцисс (она не показана, но подразумевается).
Рис.4.3.1. Диаграмма состояния I рода (а) и кривые охлаждения сплава (б)
Компоненты A и B для этого типа диаграмм взаимно растворяются только в жидком состоянии, а в твердом – не растворяются и не образуют химических соединений.
Линия диаграммы ACB, выше которой сплавы находятся в жидком состоянии, называется линией ликвидус (от лат. «ликвидус» - жидкий, текучий). Линия диаграммы DCE, ниже которой сплавы находятся в твердом состоянии, называется линией солидус (от лат. «солидус» - твердый). Между линиями ликвидус и солидус сплавы переходят из жидкого состояния в твердое.
Сплав двух компонентов, который плавится при минимальной температуре, называется эвтектическим или эвтектикой (от греч. «эвтектика» - легко плавящийся). Эвтектика представляет собой топкую смесь компонентов A и B в виде мелких зерен. Состав сплава можно определить, спроецировав точку C на ось абсцисс (точка Вэ). У такого состава одновременно плавятся или кристаллизуются оба компонента при температуре tэ – эвтектической температуре. Такой состав имеет самую высокую прочность.
Левее точки сплавы называются доэвтектическими, а правее – заэвтектическими. При этом из каждого сплава по мере снижения температуры в твердую фазу переходит в начале тот компонент, количество которого превышает эвтектическую концентрацию. Причем он кристаллизуется в виде крупных зерен, имеющих меньшую прочность, по сравнению с мелкозернистой эвтектикой.
Кривые охлаждения сплавов приведены на рис. 1.3.4,б. Рассмотрим охлаждение сплава, имеющего избыток компонента A – кривая 2. До температуры T2 сплав находится в жидкой фазе. По мере снижения температуры в твердую фазу сначала начинает выпадать компонент A. Двухфазная область ACD содержит твердую фазу компонента A и жидкую фазу Ж, состоящую из обоих компонентов. По мере приближения температуры к Тэ состав незакристаллизовавшейся фазы приближается к эвтектическому. После температуры Тэ сплав состоит из крупных зерен компонента a и мелких зерен эвтектики (A+B).
При охлаждении заэвтектических сплавов (кривая I) сначала в твердую фазу выпадает компонент B. После температуры Тэ сплав состоит из крупных зерен компонента B и мелких зерен эвтектики (A+B).
Диаграмма состояний II рода
Диаграмма состояния II рода (рис.4.3.2) характерна для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов друг в друге, имеющих одинаковые типы решеток и сходное строение наружных электронных оболочек.
Рис. 4.3.2. Диаграмма состояния II рода (а) и кривые охлаждения сплава (б).
На диаграмме различают три фазовые области (рис.4.3.2,а):
Выше линии ликвидуса ABC находится область жидкой фазы Ж;
Ниже линии солидуса ADB находится твердый раствор компонентов A и B (α). Зерна этой фазы имеют единую кристаллическую решетку, однако у сплавов разного состава число атомов компонентов А и В элементарных ячейках различно.
Между линиями ликвидуса и солидуса расположена двухфазная область
,
в которой по мере снижения температуры
содержании жидкой фазы постоянно
уменьшается.
Имеются также диаграммы III и IV рода. Однако они очень сложны и из-за недостатка времени в данном курсе не рассматривается.
Знание диаграммы сплава позволяет создавать сплавы различного назначения, целенаправленно закладывать необходимые свойства. Этому способствуют сведения, которые можно получить из анализа диаграмм состояния. В связи с этим особую ценность представляют такие сведения, как поведение сплавов при наличии или отсутствии в них переменной растворимости компонентов или аллотропических превращений при изменении температуры.
Особенно важно подчеркнуть положение, согласно которому в кристаллических решетках твердых растворов интенсивность межатомного взаимодействия значительно выше, чем в решетках составляющих их компонентов. В связи образуются высокостабильные фазы с повышенной прочностью, более высоким сопротивлением коррозии и т.д.
