Комплексная диаграмма состояния

Для многих реальных систем диаграммы состояния включают в себя образование твердых растворов, смесей, промежуточных фаз, а также превращений в твердом состоянии. Поэтому целесообразно рас­смотреть более сложную диаграмму, состоящую из элементарных диа­грамм состояний, рассмотренных ранее.

Пример такой диаграммы изображен на рис. 10. В жидком сос­тоянии компоненты А и В неограниченно растворимы друг в друге. Разбор следует начать с превращений, которые имеют компоненты, образующие систему. Компонент А кристаллизуется при температуре , пря температурах он имеет полиморфные превра­щения. Компонент В растворяется в компоненте А, образуя твердые растворы .

Компонент В кристаллизуется при температуре . Полиморф­ные превращения в нем происходят при температурах t₆ и t₇. Ком­понент А растворяется в компоненте В и образует твердые растворы и .

Максимум на диаграмме состояний при температуре t₈ указывает

на образование - твердого раствора на базе соединения А_кB_s . Линии 8f и 8а'₁ показывают на то, что фаза суще­ствует в интервале концентраций fа'₁

Затем следует определить фазы, которые могут быть образованы в результате перитектической и перитектоидной реакций. В нашем случае в результате перитектических реакций происходит образование соответственно фаз:

• на линии bdp

• на линии

• на линии

Определив однофазные состояния, следует заполнить двухфаз­ные области, пользуясь правилом отрезков. Для этого, например, для сплава I при температуре провести горизонталь до ближай­ших линий этой двухфазной области. Точки пересечения коноды с ближайшими линиями диаграммы состояния К и m указывают на то, что в данной двухфазной области будут фазы и Ж. Поль­зуясь правилом концентраций можно определить концентрации этих фаз. Для этого точки К и m следует спроектировать на линию концентраций. Концентрация - фазы соответствует точке К' . Это значит, что в ней количество компонента В определяется от­резком Ак', а количество компонента А - отрезком к'В. В жидкости компонента В больше, чем в - фазе и его количество определяет­ся отрезком к'В. Количество компонента А в жидкости опреде­ляется отрезком m’B.

Дня построения структурной диаграммы следует учесть в ней эвтектические, эвтектоидные превращения и переменную раствори­мость в твердом состоянии.

В нашем случае на линиях aec и происходят эвтектические превращения. В первом случае жидкость распадается с образованием эвтектики Э₁ cстоящей из и А_мВ_n Во втором -жидкость кристаллизуется в Э₂, состоящую из и .

Твердый раствор на линии эвтектоидного превращения распадается с образованием эвтектоида Э₃, состоящего из и . Так как в состав Э₂ входит твердый раствор , он на линии эвтектоидного превращения перейдет в Э_3. При темпе­ратурах ниже эвтектоидной, эвтектика превращенная - будет состоять из и Э_3.

При концентрации сплавы будут состоять полностью из Э_1, и Э_3. В заэвтектоидных сплавах, ранее эвтектики Э₁ кристаллизуются из жидкости крупные избыточные крис­таллы. В доэвтектических сплавах кристаллизуются избыточные кристаллы твердого раствора , а в заэвтектических сплавах - химического соединения

Соответственно в доэвтектических сплавах концентрация до эвтектики Э₂ кристаллизуются крупные кристаллы , а. в за­эвтектических сплавах — твердого раствора .

Далее следует рассмотреть линии переменной растворимости. Линия bn указывает на переменную растворимость компонента В в твердом растворе . При температуре растворимость ком­понента В определяется отрезком Аb' , а при температуре t₀ от­резком Аn. В результате из - твердого раствора выпадают мелкие кристаллы - фазы - .

В сплавах концентрации b'd'. (сплав I) из - твердого раствора также выделяются вторичные кристаллы . Поэтому в этой области будут присутствовать три структурные составляющие. Круп­ные первичные кристаллы кристаллизуются из жидкости в интервале температур 9 - 10. На линии перитектического превращения bdр образуются крупные кристаллы . В интервале температур 10-11 из - твердого раствора выделяются вторичные кристаллы .

По линии по аналогии из твердого раствора кристаллизуются вторичные кристаллы , В заэвтектических сплавах из крупных избыточных кристаллов также будут выделяться кристаллы .

Заполнение диаграммы ниже температуры эвтектоидного превра­щения в сплавах концентрации производится с учетом эвтектодного превращения - распада твердого раствора в эвтектоид Э₃. Эвтектика Э₂ состоящая из , перейдет в , представляющую собой смесь, состоящую из и Э₃ . Поэтому сплавы концентрации состоят из , сплавы концентрации - из Э₃ + и сплавы концентрации - из B+Э₃.

Построение кривой охлаждения для сплава I проводится в координатах температура - время. Пересечение сплава I с наклон­ной линией t₁р на диаграмме в точке 9 указывает начало кристаллизация фазы. Выделяющееся тепло кристаллизации по­низит темп охлаждения. На кривой охлаждения появится перегиб. Перитектическое превращение на линии bdp (точка 10) происходит при постоянной температуре С = К - Ф + 1 = 2 - 3 +1 = 0. На кривой охлаждения это будет площадка 10-10’, величина которой определяется по треугольнику Таммана (10-10’).

Для построения схемы кристаллизации сплава делаются услов­ные обозначения фаз и структурных составляющих. Например, в сплаве I кристаллы - светлые, а - темные. Вторичные крис­таллы , кристаллизующиеся в интервале температур 10-11, бо­лее мелкие, чем кристаллы , образовавшиеся по перитектической реакции. Для определения концентрации фаз в сплаве I при темпе­ратуре проводим поводу до ближайших лиши диаграммы состоя­ния и получаем точки К и m. Проекции этих точен К' m’ в показывают концентрации - фазы и жидкости.

Фаза содержит в процентах Aк’ компонента В и k'В ком­понента А. В жидкости количество компонента А соответствует отрезку т’B, а компонента В - отрезку Аm'. Количество жидкой и - фаз при данной температуре определяется из соотношений:

Для выполнения домашнего задания студенту ведается "слепая" диаграмма состояния без указания фаз и структур. В соответствии с методическими указаниями необходимо:

1. Определить однофазные состояния - твердые растворы и химические соединения.

2. Заполнить двухфазные области диаграммы и тем самым полу­чить фазовую диаграмму состояния.

3. Учитывая эвтектические, эвтектоидные превращения и пере­менную растворимость в твердом состоянии указать струк­турное строение сплавов.

4. Построить треугольника кристаллизации Таммана.

5. Для заданного сплава построить термограмму (кривую ох­лаждения), на которой указать превращения, которые происходят в сплаве. Применить правило фаз (закон Гиббса).

6. Обозначив фазы и структурные составляющие, построить схему кристаллизации для заданного сплава.

7. В соответствии с правилом отрезков (рычага) определить концентрации фаз при заданной температуре для данного сплава.

8. По правилу отрезков определить количественное соотноше­ние этих фаз.

Работа выполняется мягким карандашом, так как в процессе работы и изучения диаграммы возможны изменения, связанные с не­правильным заполнением.