Металлы и сплавы (стр. 14 из 24)

а количество твердой фазы в точке N (кристаллов Sb)

.

Так как на линии DСЕ во всех сплавах кристаллизуется эвтектика, а при последующем охлаждении вплоть до комнатной температуры структурных изменений в сплавах не происходит, то структура доэвтектических сплавов будет состоять из крупных кристаллов свинца и эвтектики, заэвтектических - из крупных кристаллов сурьмы и эвтектики, а эвтектического сплава - только изэвтектики.

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов друг в друге в твердом состоянии.

Неограниченные твердые растворы замещения в твердом состоянии образуют компоненты с однотипной кристаллической решеткой, имеющие небольшую разницу в параметрах решетки и близкие по физическим свойствам. К таким сплавам относятся системы: медь-никель, медь-золото, медь-платина, золото-серебро, железо-никель, железо-ванадий и др.

Построение диаграммы состояния неограниченных твердых растворов проводится так же, как и построение диаграмм состояния эвтектического типа по кривым охлаждения (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Построение диаграммы состояния «никель-медь» по кривым охлаждения

Кривые охлаждения 1 и 5 характеризуют кристаллизацию никеля и меди при постоянной температуре, равной температуре их плавления. Кристаллизация всех других сплавов (кривые 2, 3, 4) протекает при переменной температуре, и характер кривых охлаждения для всех сплавов будет один и тот же.

Перенеся критические точки с кривых охлаждения на ординаты с соответствующим составом сплавов и соединив одноименные точки линиями, получим верхнюю, слегка выпуклую, линию - линию начала кристаллизации (ликвидус) и нижнюю, слегка вогнутую, линию - линию конца кристаллизации (солидус).

На этой диаграмме выше линии ликвидус все сплавы представляют собой жидкий раствор компонентов, между линиями ликвидус и солидус - жидкий и твердый (a) растворы, а ниже линии солидус все сплавы однофазны и состоят из a-твердого раствора.

Кристаллизация сплавов данной системы начинается ниже линии ликвидус и заключается в выделении из жидкого раствора кристаллов твердого раствора. Состав жидкой фазы при понижении температуры будет изменяться по линии ликвидус, состав твердой фазы – по линии солидус. В момент окончания процесса кристаллизации при достаточной скорости диффузии концентрация твердого раствора должна быть равна исходной концентрации сплава.

Как и в предыдущем случае, в двухфазной области между линиями ликвидус и солидус для любой точки можно определить фазовый состав, концентрацию фаз и их количественное соотношение. Например, возьмем точку М, проведем через нее коноду, которая пересечет линию ликвидус в точке «в», а линию солидус в точке «а». Состав жидкой фазы в точке М определяется абсциссой точки «в», а именно «в¢» а состав твердой фазы - координатой точки «а», т.е. «а¢».

Количество твердой фазы

,

количество жидкой фазы

.

Так как все сплавы в твердом состоянии представляют собой однофазный твердый раствор, то микроструктура всех сплавов будет однотипной. На микрошлифах выявляются только границы зерен. Кроме того, чем больше в сплаве меди, тем более розовой будет его структура, приближаясь постепенно к цвету меди.

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов друг в друге в твердом состоянии

Сплавы, затвердевающие в соответствии с диаграммой состояния ограниченных твердых растворов, характеризуются тем, что в жидком состоянии компоненты растворяются друг в друге неограниченно, а в твердом состоянии образуют ограниченные твердые растворы и эвтектику. Такой тип диаграммы имеют сплавы системы: алюминий-медь, алюминий-кремний, серебро-медь, свинец-олово и др.

В системах такого типа не образуются фазы, представляющие собой чистые компоненты. Из жидкой фазы могут выделяться только твердые растворы a и b.

a-твердый раствор - раствор компонента В в компоненте А, т.е. А (В).

b-твердый раствор - раствор компонента А в компоненте В, т.е. В (А).

Следовательно, около вертикали А расположена область существования a-твердого раствора на основе компонента А. Эта область - А¢QЕА. Максимальная растворимость компонента В в компоненте А при комнатной температуре определяется отрезком А¢Q. Предельная же растворимость В в А в зависимости от температуры характеризуется кривой QЕА.

Около вертикали В расположена область b-твердого раствора компонента А в компоненте В (В¢F¢FВ). Растворимость компонента А в компоненте В при комнатной температуре и при температуре до точки F определяется отрезком F¢В¢, далее она изменяется по линии FВ.

Линия АСВ является линией ликвидус, АЕСFВ - линией солидус.

Зная правило фаз и правило отрезков, можно проследить за процессом кристаллизации любого сплава и определить структурный и фазовый составы во всех областях диаграммы.

Рассмотрим сплав I В точке 1 начинается процесс кристаллизации. Из жидкой фазы выделяются кристаллы a-твердого раствора, состав которого изменяется по кривой а-2. Состав жидкой фазы при этом изменяется по кривой 1-в. В точке 2 кристаллизация заканчивается. Кристаллы твердого раствора имеют состав исходного жидкого сплава. Ниже точки 3, лежащей на линии предельной растворимости, твердый раствор a становится пересыщенным и из него выделяются избыточные кристаллы твердого раствора b. Состав твердого раствора aизменяется по линии 3-Q. Состав выделяющейся b-фазы определяется концентрацией F¢, а ее количество - отрезками от линии сплава 3-4 до кривой 3-Q, отнесенными к отрезку 4-F¢.

Кристаллы b, выделяющиеся из жидкости при первичной кристаллизации, являются первичными и записываются с индексом (b_I)или без него (b). Кристаллы, выделяющиеся из твердого раствора, обозначаются b_II (b-вторичные). У сплавов с концентрацией левее точки Q вторичные выделения b-кристаллов отсутствуют.

Поскольку растворимость компонента А в компоненте В по линии F-F¢ в данном случае постоянна, то вторичных выделений a-кристаллов из b-фазы не происходит.

Рассмотрим сплав II. В этом сплаве ниже точки 5 кристаллизуется a-фаза. Состав жидкой фазы при этом изменяется по линии 5-с, а твердой a-фазы - по линии е-Е . В точке 6 жидкая фаза имеет эвтектический состав (точки С) и кристаллизуется с образованием эвтектики при постоянной температуре. Состав a-фазы в точке 6 определяется координатой точки Е(Е¢),а состав b-фазы - координатой точки F(F¢).