- •Глава 1.Металлы и сплавы
- •1.1.Классификация и свойства металлов и сплавов
- •1.2.Строение и кристаллизация металлов
- •1.3.Основные типы сплавов
- •1.4.Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов
- •1.4.1.Диаграмма состояния сплавов из компонентов, образующих в твердом состоянии механическую смесь
- •1.4.2.Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •1.4.3.Диаграмма состояния сплавов c ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •1.4.4.Диаграмма состояния сплавов с образованием компонентами химического соединения
- •1.4.5.Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
- •1.5.Диаграмма состояния системы железо–углерод
- •1.5.1.Основные свойства железа
- •1.5.2.Диаграмма состояния железо–цементит(Fe–Fe3c)
- •1.6.Термическая и химико–термическая обработка стали
- •Цементация – процесс химико–термической обработки, представляющей собой диффузионное насыщение поверхностного слоя стали углеродом. В поверхностном слое содержание углерода составляет 0,8–1,0%.
- •1.7.Свойства, классификация и маркировка сталей
- •1.7.1.Углеродистые стали
- •1.7.2.Легированные стали
1.4.2.Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
Рассмотрим построение диаграммы состояния для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии. Например, экспериментально получены кривые охлаждения компонентов А и В и сплавов I (70% А и 30% В), II (50% А и 50% В) и III (20% А и 80% В) (рис. 2.6, а).Кристаллизация компонента А начинается и заканчивается при постоянной температуре tA. Аналогично происходит кристаллизация компонента В при температуре tB. Кристаллизация сплавов I, II и III происходит в некотором интервале температур. Кристаллизация сплава I начинается при температуре t1 и заканчивается при температуре t2 с образованием твердого раствора . Аналогично происходит кристаллизация и двух других сплавов – при температуре t3 начинается и при температуре t4 заканчивается затвердевание сплава II, а сплава III – при температурах t5 и t6 соответственно. Разница только в интервале температур начала и конца кристаллизации [30].
Рис. 2.6. Построение диаграммы состояния сплавов для случая неограниченной растворимости компонентов А и В в твердом состоянии [30]: а – кривые охлаждения; б – диаграмма состояния
Если на оси абсцисс сетки в координатах температура – концентрация (рис. 2.6, б) отметить точками исследованные сплавы и в каждой из этих точек восстановить перпендикуляры, т.е. провести линии сплавов, затем на эти линии, а также на левую и правую ординаты температур, соответствующие компонентам А (левая) и В (правая), перенести найденные критические точки от tA до tB, и одноименные (имеющие одинаковый физический смысл) критические точки соединить плавными кривыми, то получится диаграмма состояния сплавов А и В с неограниченной растворимостью в твердом состоянии (рис. 2.6, б).
На этой диаграмме кривая tAt1t3t5tB – кривая начала затвердевания сплавов – линия ликвидуса, а кривая tAt2t4t6tB – кривая конца затвердевания – линия солидуса.
Рассмотрим процесс кристаллизации какого-либо сплава, например сплава II состава 50% компонента А и 50% компонента В по этой диаграмме при очень медленном охлаждении, т.е. полностью в равновесных условиях (рис. 2.7). При температуре tл начинается кристаллизация и образуются первые кристаллы. На любой диаграмме состояния состав твердой части сплава (состав кристаллов, которые могут находиться в равновесии с жидкостью) при данной температуре показывает линия солидуса. Следовательно, первые образовавшиеся кристаллы имеют состав точки М. При дальнейшем охлаждении, когда сплав достигает, например, температуры t1, в равновесии с жидкостью уже находятся только кристаллы состава точки Л.
Рис. 2.7. Диаграмма состояния сплавов для случая неограниченной растворимости компонентов А и В в твердом состоянии
Рассмотрим, каким образом ранее образовавшиеся кристаллы состава точки М превращаются в кристаллы состава точки Л. В кристаллах состава М больше компонента В, чем в кристаллах состава Л; следовательно, кристаллы состава М обогащаются компонентом А. Этот процесс происходит за счет диффузии атомов компонента А в уже имеющиеся, т.е. возникшие до этой температуры, кристаллы. При достаточной выдержке или медленном охлаждении при t1 устанавливается равновесие кристаллов точки Л и жидкого сплава. Но в кристаллах состава точки Л компонента В больше, чем в сплаве; следовательно, жидкая часть сплава беднее компонентом В. При этой температуре состав жидкой части сплава определяется линией ликвидуса, т.е. точкой N. При дальнейшем охлаждении, когда сплав достигает температуры t2 и устанавливается равновесие, сплав состоит из кристаллов состава точки К и жидкой части сплава состава точки Р. При достижении температуры tc сплав полностью затвердевает и состоит из однородных кристаллов твердого раствора (состава 50% А и 50% В).
В реальных условиях ускоренного охлаждения состав кристаллов не получается однородным в связи с тем, что скорость кристаллизации больше скорости диффузии.