Діаграми стану подвійних сплавів і характер зміни властивостей у залежності від складу сплавів

3.3. Діаграми стану подвійних сплавів і характер зміни властивостей у залежності від складу сплавів

Діаграми стану являють собою графік у координатах склад сплаву — температура, на якому відбиті продукти, що утворяться в результаті взаємодії компонентів сплаву один з одним в умовах термодинамічної рівноваги при різних температурах. Цими продуктами є речовини, що мають у залежності від температури і складу визначений агрегатний стан, специфічний характер будівлі і цілком визначені властивості. Їх прийнято називати фазами. Причому фазою вважається визначена частина системи, утвореної компонентами сплаву, що у всіх своїх крапках має однакові склад, будівлю і властивості. Рідка фаза являє собою розчин розплавлених компонентів. Тверді фази є зернами, що мають визначену форму, розмір, склад, специфіку будівлі і властивості. Тверді фази можна спостерігати в мікроскоп. Це можуть бути тверді розчини, хімічні сполуки, а також зерна чистих компонентів, що не утворять з іншими компонентами ні твердих розчинів, ні хімічних сполук.

Діаграма стану розділена лініями на області. Окремі області можуть складатися тільки з однієї фази, а деякі — із двох, що має різні склади, будівлю і властивості. Аналізуючи діаграму стану, можна скласти уявлення про специфіку властивостей сплавів даної системи компонентів і характері їхньої зміни в залежності від складу, а також про можливості термічної обробки сплавів і температурі нагрівання для її проведення.

У діаграмах стану утримується інформація, необхідна для створення й обробки сплавів різного призначення. Нижче розглядаються чотири основних типи (роду) діаграм стану.

Діаграма стану I роду. Правило відрізків. Дана діаграма охоплює сплави, компоненти яких утворять суміші своїх практично чистих зерен при незначній взаємній розчинності (мал. 3.2). На осі абсцис відкладена процентна частка компонента В в сплаві.

Фазова будівля сплавів на діаграмі залежить від температури. При термодинамічному впливі компонентів один на одного знижується температура їхнього переходу в рідкий стан, досягаючи деякого мінімуму при визначеному для кожної пари компонентів складі (мал. 3.2, крапка З). Склад сплаву можна визначити, спроецировав крапку З на вісь абсцис (крапка Вэ). Сплав двох компонентів, що плавиться при мінімальній температурі, називається эвтектическим або эвтектикой.

Рис. 3.2. Діаграма стану I роду (а) і схеми структур, що виходять, (б)

Эвтектика є рівномірною сумішшю одночасно закристалізувалися дрібних зерен обох компонентів. Температура, при якій одночасно плавляться або кристалізуються обидва компоненти, називається эвтектической температурою tэ

На діаграмі стану температури, вище яких сплави знаходяться в рідкому стані, лежать на лінії АСВ, називаною лінією ліквідусу (мал. 3.2, а) (від лат. «ліквідус» — рідкий, текучий).

Перехід сплавів з рідкого стану у тверде при кристалізації відбувається в інтервалі температур, що лежать між лінією ліквідусу і эвтектической температурою, який відповідає лінія солідуса DCE (від лат. «солідус» — твердий). При цьому з кожного сплаву в міру зниження температури у тверду фазу переходить спочатку той компонент, кількість якого перевищує эвтектическую концентрацію (див. мал. 3.2, б). Тому в сплавів левее крапки В, двухфазная область ACD містить надлишковий компонент А и рідку фазу Ж, а в заэвтектической області УСІ знаходяться відповідно тверда В и рідка Ж фази. В обох випадках фаза Ж є рідким розчином обох компонентів.

В міру зниження температури і наближення її к/э склад незакристаллизовавшейся фази наближається до эвтектическому By (мал. 3.2, крапка З). При цьому чим менше сплав відрізняється по складу від эвтектического, тим нижче його крапка ліквідусу і тем більше в ньому затвердевает эвтектики.

Кількісні зміни в сплавах даної системи компонентів (касающиеся складу твердої і рідкої фаз і їхніх часток в одиниці маси будь-якого сплаву) при кристалізації підкоряються правилу відрізків.

Скористаємося цим правилом на прикладі затвердіння сплаву / (мал. 3.2). Припустимо, що нас цікавлять склади і число фаз при довільно узятій температурі, що відповідає ізотермі Its,

При даній температурі склад рідкої фази всіх заэвтектических сплавів, включаючи і сплав 1, буде однаковим, дорівнює значенню B/. Склад твердої фази буде відповідати 100% компонента В. Таким чином, при кристалізації сплавів склад рідкої фази змінюється по лінії ліквідусу від вихідного до эвтектического. Маса твердої фази при даній температурі визначається величиною відрізка lt, а рідкої — відрізка ts. Якщо масу всього сплаву Q виразити через Is, то відносні частки твердої Q, і рідкої Qж фаз можна представити у виді Qb./Q = It/Is і Q/Q = ts/ls .Користуючись цими вираженнями, можна обчислити й абсолютні масові частки кожної з фаз при будь-якій температурі.

У залежності від складу всі сплави даної системи поділяються на доэвтектические і заэвтектические. Доэвтектические сплави містять компонента А понад (100 - Вэ)%. У них він є надлишковим компонентом. У заэвтектических сплавах надлишковим є компонент В. У них його кількість перевищує Вэ.