1.4.Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов
Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение фазового состояния сплавов и критических точек в зависимости от температуры и концентрации в условиях равновесия.
Для того чтобы обеспечить равновесное состояние системы охлаждение сплава из жидкого состояния осуществляют очень медленно. Равновесными считаются такие условия, при которых процессы, протекающие в системе, являются обратимыми. В данном случае процессы, происходящие при охлаждении сплава, должны в точности совпадать с процессами, протекающими при его нагреве.
Диаграмму состояния строят в координатах температура–концентрация (рис. 2.4). Для сплавов, состоящих из двух компонентов А и В, состав характеризуется отрезком прямой, принятым за 100%. Крайние точки А и В соответствуют 100% чистых компонентов. Любая точка на этом отрезке характеризует состав двойного сплава. Так, например, точка С соответствует сплаву, состоящему из 20% В и 80% А; точка D – 60% В и 40% А.
Рис. 2.4. Координаты для изображения диаграммы состояния двухкомпонентной системы
Для построения диаграммы состояния из компонентов изготовляют серию сплавов различного состава и для каждого из них строят кривую охлаждения по результатам термического анализа в координатах температура–время (так же, как для металлов). Особенности поликристаллического строения сплавов в твердом состоянии изучаются с помощью оптического микроскопа обычно при 100 – 1000-кратном увеличении. Атомная структура сплавов и параметры кристаллических решеток определяются методом рентгеноструктурного анализа.
В зависимости от характера строения двухкомпонентных сплавов (в жидком состоянии оба компонента неограниченно растворяются друг в друге, образуя однородный жидкий раствор), различают следующие основные типы диаграмм состояния [30]:
при образовании компонентами механической смеси;
при неограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии;
при ограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии;
при образовании компонентами химического соединения.
1.4.1.Диаграмма состояния сплавов из компонентов, образующих в твердом состоянии механическую смесь
Экспериментально установлено, что при совместной кристаллизации сплавов, компоненты которых не растворяются друг в друге в твердом состоянии, температура начала кристаллизации всегда ниже, чем у исходных компонентов. Температура же окончания процесса перехода в твердое состояние одинакова для сплавов любого состава двухкомпонентной системы.
На рис. 2.5 приведена диаграмма состояния сплава с компонентами А и В. Выше линии КСN все сплавы двухкомпонентной системы представляют собой однофазный жидкий сплав (ж. с.). Эта линия называется линией ликвидуса (с греч. – жидкий), линия DСЕ – линией солидуса (с греч. – твердый). Ниже линии DСЕ все сплавы находятся в твердом состоянии. Сплав, соответствующий точке С, называется эвтектическим (эвтектикой; с греч. – легко плавящийся).
Эвтектикой, таким образом, называется механическая смесь кристаллов двух (или более) твердых веществ одновременно закристаллизовавшихся из жидкого сплава при температуре ниже температуры плавления отдельных компонентов или любых других их смесей. Это определение относится к твердой эвтектике. Жидкой эвтектикой называется жидкий расплав (или раствор), из которого возможна такая кристаллизация.
В отличие от эвтектики, эвтектоид, – аналогичная ей составляющая металлических сплавов, образуется не из жидкой, а из твердой фазы. Эвтектоид, по сравнению с эвтектикой, имеет более тонкое дисперсное строение из двух или более фаз.
Рис. 2.5. Диаграмма состояния сплавов, образующих в твердом состоянии механическую смесь компонентов А и В
Эвтектический сплав данной системы имеет строго определенное процентное соотношение компонентов А и В. Сплавы, расположенные слева от эвтектики, называются доэвтектическими, а справа – заэвтектическими.
В доэвтектических сплавах сначала при охлаждении ниже линии ликвидуса КС выделяются кристаллы компонента А, а в заэвтектических – ниже линии СN – кристаллы компонента В.
После затвердевания, т.е. ниже линии солидуса ДСЕ, доэвтектические сплавы состоят из кристаллов А и эвтектики, а заэвтектические – из кристаллов В и эвтектики.