Диаграммы состояния с ограниченной растворимостью, в которых происходят эвтектические, перитектические, эвтектоидные, перитектоидные превращения

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Кафедра ОМД

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине "Металловедение"

на тему:

"Диаграммы состояния с ограниченной растворимостью, в которых происходят эвтектические, перитектические, эвтектоидные, перитектоидные превращения"

Алчевск 2009

1. Диаграмма состояния с ограниченной растворимостью при повышениях и понижениях температурах, с полиморфным превращением у одного из компонентов, с перитектическим, эвтектическим и эвтектоидным превращениями

Рисунок 1. Диаграмма состояния

Т_АSРТ_В – линия ликвидус.

Т_АЕSFDKT_B – линия солидус.

Линия РDК – перитектического равновесия: Ж_р + γ_к ↔ А_n В_mD..

Линия ESF – линия эвтектического равновесия: Ж_S ↔ β_E + А_n В_mF.

Линия HRC – линия эвтектоидного равновесия: β_R ↔ α_H + А_n В_mC.

Линия ER – линия ограниченной растворимости компонента В в b-фазе (или компонента А_b).

Линия HN – линия ограниченной растворимости компонента B в a – фазе (или компоненте А_a).

Линия ДС (DFCC΄) – нестойкое химическое соединение А_nВ_m.

Линия KW – линия ограниченной растворимости компонента А в g – фазе (или компоненте В).

Сплавы с концентрацией компонентов между точками HR (или H΄R΄) – доэвтектоидные.

Сплав, проходящий через точку R (R΄) – эвтектоидный.

Сплавы R΄E΄ – заэвтектоидные.

Сплавы E΄S΄ – доэвтектические.

Сплав, проходящий через точку S – эвтектический.

Сплавы S΄С΄– заэвтектические.

Сплав проходящий через точку D претерпевает чисто перитектическое превращение с образованием нестойкого химического соединения А_nВ_m.

Рассмотрим некоторые сплавы:

Сплав 1

Ж_р + γ_к ↔ А_nВ_m (100%) – перитектическое соединение.

Сплав 2

Ж_р + γ_к ↔ А_nВ_m + γ_изб.

Сплав 3

Ж_р + γ_к ↔ А_nВ_m + Ж_изб.

На участке 2 – 3 – из Ж_изб при охлаждении выделяется А_nВ_m. При t₃ оставшаяся жидкость, имеющая состав точки S превращается в эвтектику: А_nВ_m + Ж_ост ↔ А_nВ_m + (β + А_n В_m)

При температуре t₄ β-фаза, входящая в эвтектику, превращается в эвтектоид β ↔ α + А_nВ_m

Окончательная структура сплава: А_nВ_m + эвт-ка [эвт-д (α + А_n В_m) + А_n В_m].

Сплав IV

Состав Ж-фазы уменьшается по линии ликвидус от т. 1 до т. S.

Состав твердой фазы А_nВ_m по линии ликвидус DF (стрелочки).

В интервале температур 1 – 2 сплав состоит из: Ж + А_nВ_m.

При температуре ниже t₂ происходит эвтектическое превращение: А_n В_m + Ж ↔ А_n В_m + (β + А_n В_m)

В интервале температур 2 – 3 из β-фазы выделяются избыточные кристаллы А_nВ_m, связанно это с уменьшением растворимости В в β-фазе (линия ER): β ↔ А_n В_m.

При температуре несколько ниже т. 3 – происходит эвтектоидное превращение, β-фаза распадается на две новые: b ↔ α + А_n В_m

В интервале температур 3 – 4, в соответствии с линией HN (ограничивает растворимость компонента В в А (α-фазе)) из α-фазы выделяются избыточные кристаллы хим. соединения: α ↔ А_nВ_m.

Сплав 5

При t₁ имеется равновесный набор фазовых и концентрационных флуктуаций.

При t₂ размер и количество флуктуаций увеличивается по отношению к β-фазе.

Ниже t₂ начинается процесс кристаллизации.

При t₃: т. f – описывает состав β-твердого раствора.

Точка q – описывает состав жидкой фазы.

Количественное соотношение фаз: конода fq.

Жидкая фаза меняет состав по линии ликвидус – qS, а β-фаза по линии солидус – fE.

Температура t₄ соответствует эвтектическому равновесию жидкости состава – S, и β-фазы точки – Е.

Количественное соотношение фаз выше t₄: конода ES

Ниже точки 4 жидкая фаза претерпевает эвтектическое превращение с образованием эвтектики: Ж_S ↔ α + А_n В_m, таким образом, Ж_S = э (β + А_n В_m) = 33% (см. выше); β-фаза до и после превращения = 67%.

При охлаждении до точки 5 из β-фазы выделяются соединения А_nВ_m (связанно с ограничением растворимости компонента В в β-фазе по линии ER) (выделяющиеся кристаллы называют вторичными).

Структура сплава в интервале 4 – 5: β + эвт-ка (β + А_nВ_m) + А_nВ_mII.

При температуре несколько ниже t₅ происходит эвтектоидное превращение, β-фаза распадается с образованием двух фаз: β ↔ α + А_n В_m

Для расчета структуры после превращения за коноду принимаем RC – 100%.

Эта структура будет присутствовать до комнатной температуры (эвтектоид (α + А_nВ_m) + эвтектика (эвтектоид(α + А_nВ_m) + А_nВ_m) + А_nВ_mII).

Количество фаз при t_комн: NC΄– конода α =?%, А_n В_m =?%.

Кратко рассмотрим ряд диаграмм

Рисунок 2. Диаграмма состояния

Линия KSN– линия эвтектоидного превращения (I-го):

γ_S ↔ δ_к + ε_N

I эвтектоид

Линия PCD– линия эвтектоидного превращения (II-го):

γ_С ↔ ε_Р + β_.D

II эвтектоид

Фаза ε – стойкое химическое соединение с переменным составом (А_nВ_m).

Линия HIR– линия перитектоидного превращения:

δ_H + ε_R ↔ α_J

Рассмотрим кристаллизацию и ход превращения сплавов.

Сплав 1

Выше т. 1 сплав находится в жидком состоянии.

Интервал 1 – 2 – происходит выделение кристаллов γ-фазы.

Интервал 2 – 3 – существует γ-фаза.

Интервал 3 – 4 – происходит выделение нестойкого химического соединения ε (А_n В_m).

В т. 4 происходят эвтектоидное превращение:

ε + γ ↔ ε + (δ + ε)

эвтектоид

В т. 5 происходит перитектоидное превращение:

δ + ε ↔ α + ε_ост.

Сплав II и III – рассмотреть студентам.

Рисунок 3. Диаграмма состояния

Линия солидус – Т_А12456Т_В.

Линия 123 – претектическое равновесие:

– перетектическая реакция Ж + α ↔ А_nВ_m

Линия 456 – эвтектическое равновесие:

– эвтектическая реакция Ж ↔ А_nВ_m + В

Сплавы:

45 – доэвтектические;

5 – эвтектический;

56 – заэвтектические.

Линия 789 – эвтектоидное равновесие (_{7 8 9}).

Сплав 1 – эвтектоидная реакция.

Сплав 3

В т. а – эвтектическое превращение.

В т. б – эвтектоидное превращение.

Для расчета структурных составляющих в интервале температур а – б, примем за коноду отрезок 5 – 6 (100%):

Рисунок 4. Диаграмма состояния

Линия солидус – Т_А5623Т_В.

Линия 123 – перитектическое равновесие: