Аналіз кривих охолодження

На рис. 3.2 зображені криві охолодження для чистих металів (Pb, Sb) I, V та їх сплавів II, III, IV.

Для аналізу кривих охолодження застосовують правило фаз (закон Гіббса), яке виражається формулою

С = К- Ф + 1,

де: С - число ступенів вільності, тобто число зовнішніх факторів (температура, концентрація), які можна змінювати без зміни числа фаз в сплаві; К - число компонентів ( в сплавах свинець - сурма К = 2 , це свинець і сурма); Ф - число фаз.

Температура плавлення чистого свинцю - 327°С, сурми - 630 °С.

Доевтектичному сплаву (6% Sb, 94% Pb) відповідає крива II. Вище точки 1 сплав знаходиться в рідкому стані і має одну фазу, тоді С = 2-1+1=2. При двох ступенях вільності в цій області можна змінювати концентрацію та температуру, а сплав залишиться однорідним - рідким. Крива охолодження круто падає вниз.

Точка 1 - початок кристалізації, точка 2 - кінець кристалізації. В інтервалі температур від точки 1 до точки 2 проходить .утворення кристалів свинцю, на цій ділянці сплав являє собою суміш рідини і кристалів свинцю. Тобто між точками 1 і 2 існує дві фази - рідка і тверда: С = 2-2+1=1. При одному ступені вільності незалежною змінною являється тільки температура. З пониженням температури сплаву кристалів утворюється більше, рідини залишається менше.

На ділянці 2-2´ залишки рідини .кристалізуються в механічну суміш свинцю та сурми - евтектику, де матимемо три фази (кристали свинцю, кристали сурми і рідкий сплав). Число ступенів вільності С = 2-3+1=0. При цьому виділяється велика кількість теплоти і температура залишається постійною.

Нижче точки 2 сплав знаходиться повністю в твердому стані і його структура складається з кристалів свинцю та евтектики (дрібнодисперсної суміші кристалів свинцю та сурми). Таким чином, сплав в даній області складається з двох фаз - кристалів свинцю і сурми: С=2-2+1=1.

Крива III охолодження евтектичного сплаву ( 13% Sb, 87%Pb). Евтектичний сплав має криву охолодження аналогічну кривій чистого металу, тільки із більш швидким охолодженням розчину. Кристалізація протікає при сталій температурі і концентрації (в точці С). Утворюється механічна суміш компонентів (свинцю та сурми).

Заевтектичному сплаву відповідає крива IV. Точка 1 відповідає початку кристалізації, 2 - кінцю кристалізації. В інтервалі температур від т.1 до т.2 проходить утворення кристалів сурми. На цій ділянці сплав являє собою суміш рідини та кристалів сурми. З пониженням температури сплаву кристалів утворюється більше, рідини залишається менше. На ділянці 2-2´ залишок рідини кристалізується в механічну суміш кристалів свинцю та сурми (евтектику).

Схеми мікроструктури сплавів після охолодження показані на рис.3.3.

Схеми мікроструктури: а – чистий свинець, б - доевтектичний сплав, в – евтектичний слав, г - заевтектичний сплав..

Аналіз мікроструктури показує, що в залежності від концентрації компонентів змінюється мікроструктура сплаву.

Діаграма стану дає можливість визначити стан сплаву при будь-якій температурі та заданій концентрації.

Рис. 3.3 Структура сплавів

свинець – сурма:

а – чистий свинець;

б – доевтектичний сплав;

в – евтектичний сплав;

г – заевтектичний сплав