2.2 Простейшие типы диаграмм состояния сплавов

Диаграмма – это графическое изображение состояния сплавов в зависимости от состава и температуры. Диаграммы строятся для условий равновесия, которые создаются при очень медленном охлаждении или нагревании сплавов, когда ни один процесс не затормаживается, все превращения идут до конца.

Диаграммы строятся экспериментально по критическим точкам. Критические точки – это температуры, при которых в сплаве происходит какое-то превращение (например, затвердевание – расплавление, аллотропическое превращение, распад твердого раствора и т.д.). Критические точки находят термическим или каким-либо другим методом. При термическом анализе для каждого сплава данной системы строят кривую охлаждения. Все превращения сопровождаются тепловым эффектом (выделение или поглощение тепла) что приводит или к температурным остановкам, или перегибам кривой охлаждения сплава из жидкого состояния (см. рис. 2.4): 1 и 2 – критические точки.

Рис. 2.4 Кривая охлаждения сплава, где компоненты дают твердый раствор (20% В, 80% А – см. рис. 2.5)

Полученные критические точки наносятся в координатах состав-температура. Соединяя однотипные точки, получаем диаграмму состояния (см. рис. 5.5).

Рис.2.5 Линии диаграммы, построенные по критическим точкам (ликвидус и солидус)

Например, в сплавах 1, 2, 3, 4, 5 были найдены критические точки (рис. 2.5). Соединяя точки начала кристаллизации (1, 3, 5, 7, 9), получаем линию ликвидус. Соединяя точки конца кристаллизации, получаем линию солидус. Таким образом, зная температуры плавления чистых компонентов А и В, получаем диаграмму для случая неограниченной растворимости.

Рассмотрим 4 типа простейших диаграмм.

Диаграмма 1 типа (случай образования механической смеси с эвтектикой, рис. 2.6).

Рис. 2.6,а Диаграмма состояния 1 типа

Диаграмма состояния 2 типа (случай неограниченной растворимости компонентов в друг друге – рис. 5.9).

Неограниченная растворимость будет иметь место при следующих условиях:

1)Компоненты имеют один тип кристаллической решетки (изоморфны) с небольшим различием в параметрах.

2)Компоненты находятся близко в таблице Менделеева и имеют близкие атомные размеры.

Рис. 2.7 Диаграмма состояния 2 типа

В этом случае атомы как бы взаимозаменяемы в кристаллической решетке. Заменяя атомы одного компонента на атомы другого компонента в кристаллической решетке получают непрерывный ряд твердых растворов. Когда будут заменены все атомы, получается чистый второй компонент. Твердые растворы, как уже упоминалось, обозначают и т.д., рис. 2.7. Выше линии ликвидус – жидкость, ниже линии солидус – твердый раствор . Между линией ликвидус и солидус – двухфазная область, состоящая из ж+ (см. концы коноды аб). Количество жидкой фазы в сплаве 1 при температуре т.С соответствует отрезку «сб». При снижении температуры до т.2 отрезок «сб» обращается в ноль, следовательно. При подходе к линии солидус затвердевают остатки жидкости. Кривая кристаллизации твердого раствора не имеет ступеньки (рис. 2.8).

Рис. 2.8 Кривая охлаждения сплава 1 на диаграмме 2 типа.

Диаграмма состояния 3 типа (случай ограниченной растворимости компонентов).

Случаи неограниченной растворимости очень редки, чаще встречается ограниченная растворимость, будет участок диаграммы 2 типа.

Существует несколько вариантов диаграмм 3 типа.