Диаграммы состояния сплавов с превращениями в твердом состоянии (вторичная кристаллизация)

Превращения в твердом состоянии дают возможность изменять структуру, а следовательно, и свойства сплавов с помощью терми­ческой обработки. Поэтому сплавы такого вида нашли широкое приме-ненке в промышленности.

Переменная растворимость компонентов друг в друга

На рис.7 изображена диаграмма состояния, в которой компо­нент В ограниченно растворяется в компоненте А, образуя твер­дый раствор. При эвтектической температуре в твердом раство­ре растворяется компонент B в количестве, определяемом Аа' (максимальная растворимость). Но с понижением температура кон­центрация твердого раствора изменяется по линии an. При температуре t₀ растворимость компонента В, в твердом растворе будет определяться уже отрезком Аn (минимальная раствори­мость). Таким образом, с понижением температуры количество ком­понента В в твердом растворе уменьшается.

Выделившиеся из твердого раствора атомы компонента B образуют кристаллы которые называются вторичными. В отли­чив от первичных кристаллов , которые выделяются из жидкости по линии В' - е, вторичные кристаллы более мелкие. Таким образом кристаллы и отличаются между собой только размерами. Вторичные кристаллы могут выделяться либо по границам зерен, ли­бо по всему объему зерна. Структуры сплавов изображены на рис.7.

Сплавы концентрации Аn имеют однофазное строение - твердого раствора и они не претерпевают превращений в твердом сос­тояния. В сплавах концентрации na^‘, например, в сплаве I при кристаллизации в интервале температур 3 - 4 выделяются из твердо­го раствора вторичные кристаллы . Максимальное количество будет в сплаве концентрации Аa'. В доэвтектическом сплаве II по­мимо и при температуре кристаллизуется эвтектика. Сплав I и частично сплав II имеют превращения в твердом состоянии, значит являются термически упрочняемыми. В сплаве III (заэвтектическом) кристаллизация начинается с выделения в интерва­ле температур 8 - 9 первичных кристаллов компонента . Заканчи­вается кристаллизация образованием эвтектики

Полиморфные превращения

Полиморфизм (аллотропия)- это способность компонентов с изменением температуры менять свою кристаллическую решетку. Пе­рекристаллизация, связанная с изменением кристаллических решеток компонентов, безусловно сказывается на процессе кристаллизации сплавов, а значит и на виде диаграмм состояний. В принципе тип диаграммы состояния при вторичной кристаллизации будет зависеть от различия свойств компонентов после полиморфного превращения. Если после перекристаллизации свойства компонентов будут близки, то возможно неограниченная растворимость. Если же свой­ства у компонентов различные, то возможны образование ограни­ченной растворимости компонентов друг в друге, распад твердого раствора с образованием смеси, образование устойчивого я неус­тойчивого химического соединения и т.д.

На рис. 8 изображены различные варианты диаграмм состояния I-УI, в которых при кристаллизации из жидкого состояния высоко­температурные модификации компонентов близки по своим свойствам и дают неограниченную растворимость друг в друге с образованием твердого раствора .

В системе при температуре происходят полиморфные превращения в компонентах А, С, Е, К, М, Р. Например, в I сис­теме компонент А до температуры имеет кристаллическую ре­шетку компонента . При температуре происходи превращение решетки в . Компоненты В, D , F, L , N изменяют кристал­лическую решетку при температуре , компонент R - при темпе­ратурах t₂ и .

В системе I после полиморфного превращения компонентов и свойства низкотемпературных модификаций компонентов и также близки и они дают неограниченную растворимость - - твердый раствор с кристаллической решеткой, отличной от твердого раствора ₂ .

В системе П после изменения кристаллических решеток у компонентов С и D их свойства оказались различными. Они не раст­воряются друг в друге. Твердый раствор распался на смесь кристаллов компонентов С₂ и D₂ Превращение на линии аес явля­ется эвтектоидным . Эвтектоидная смесь более дисперсная (мелкая), чем эвтектическая, подученная в резуль­тате распада жидкости.

В системе III компоненты Е и Р после полиморфного превра­щения при температуре и . ограниченно растворяются друг в друге, образуя твердые растворы и . В интервале концентра­ций ac твердый раствор распадается с образованием механической смеси, состоящей из и кристаллов. В этой же диаграмме по линии им с понижением температуры понижается раст­воримость компонента Р и Е. Из твердого раствора выпадают вторичные кристаллы .

В системах IУ и У на линиях pdb происходят паритектоидные превращения соответственно с образованием твердого по реакции и неустойчивого химического соединения по реакции В системе IУ по ли­нии bn изменяется растворимость компонентов К и L с выделением из твердого раствора вторичных (мелки) кристаллов .

В диаграмме УI также образуется химическое соединение , а на линиях aec и происходят эвтектоидные превращения.

В системе У1 компонент Р претерпевает одно полиморфное превращение при температуре , а компонент R- дважды при тем­пературах и . Компонент с решеткой близок по строению к свойствам к компоненту о решеткой и они неограниченно раст­воряются друг в друге, образуя твердый раствор . Компоненты же с решетками и ограниченные растворы и .

Распад твердого раствора с образованием промежуточной фазы.

Такую диаграмму образует железо-хром и др. (рис.9). Как видно из рисунка, твердый раствор распадается и образует - фазу. Она представляет собой твердый раствор на базе химичес­кого соединения , который существует в интервале концентраций ab.