Діаграма стану двокомпонентних сплавів (стр. 2 из 2)

Розглянемо діаграму стану сплаву обмежений твердий розчин. Такі діаграми бувають з евтектичним перетворенням, яке відбувається так, як в сплавах механічна суміш і перитектичним перетворенням. Розглянемо сплав з евтектичним перетворенням. (Рис. 4.4).

Рис. 4. Діаграма стану сплаву обмежений твердий розчин з евтектичним перетворенням.

Лінія ліквідус – крива асв, лінія солідус – крива акслв. Процеси, що відбуваються при охолодженні аналогічні процесам, які мають місце при охолодженні сплаву механічна суміш, за виключенням того, що з рідини будуть виділятися не кристали чистих компонентів, а твердих розчинів на основі цих компонентів, тобто a і b. Розглянемо більш детально сплав І-І. В області 1-2 появляться кристали твердого розчину на основі кристалічної гратки компоненту А, які позначаються a. В області 2-3 вся рідина закристалізувалась і утворився однофазний твердий розчин a. Крива км показує максимальну розчинність компоненту В в компоненті А, яка зменшується при знижені температури. Нижче т.3 надлишок компоненту В буде виділятися в вигляді кристалів твердого розчину компоненту А в компоненті В, тобто b. Таким чином, нижче т. 3 буде знаходитись область існування кристалів a і b. Для всіх сплавів розташованих лівіше т.м кінцева структура буде складатися з одних кристалів a-твердого розчину. Аналогічно для сплавів, що знаходяться між т.л та н надлишок компоненту А буде виділятися з b- твердого розчину в вигляді кристалів a, а для сплавів, що знаходяться правіше т.н будемо мати однофазну структуру b- твердого розчину. Для сплавів, що знаходяться між т.к та л відбувається евтектичне перетворення з утворенням з рідини одночасно механічної евтектичної суміші кристалів твердих розчинів: L=(a+b) і кінцева структура буде складатись з кристалів евтектики та b або a- твердих розчинів.

Діаграма стану обмеженого твердого розчину з перитектичним перетворенням зображена на рис 5. На цій діаграмі лінія адл – лінія ліквідус, а крива авсл – лінія солідус. При досягненні температури перитектичного перетворювання – лінія всд рідина складу т.д взаємодіє з утвореними кристалами a- твердого розчину складу т.в з утворенням кристалів b- твердого розчину (L+a=b). Таким чином, для сплавів, що знаходяться між т.к і м в результаті перитектичного перетворення, або зменшення розчинності одного компонента в іншому (криві кв та мс) кінцева структура сплаву буде складатися з механічної суміші кристалів твердих розчинів a і b. Процес перитектичного перетворення характеризується одночасним існуванням трьох фаз, що на кривих охолодження відобразиться горизонтальною ділянкою (2-2?).

Діаграми стану сплаву хімічна сполука розділяються хімічною сполукою на декілька простих діаграм, в яких хімічна сполука виступає як другий компонент.

Рис 5. Діаграма стану сплаву обмежений твердий розчин з перитектикою.

В залежності від кількості хімічних сполук, що можуть утворюватись діаграма може розділятися на декілька діаграм твердих розчинів або механічних сумішей в залежності від процесу взаємодії хімічних сполук з компонентами А і В. Розглянемо структури, що утворюються на прикладі діаграми стану, зображеної на рис 4.6.

Компонент А утворює з хімічною сполукою АxВy механічну суміш, а компонент В - обмежений твердий розчин. Діаграма стану сплаву механічна суміш дає структури аналогічні рис.4.3 з урахуванням, що одним компонентом сплаву є компонент А, а другим – хімічна сполука АхВу. В другій частині діаграми - обмеженому твердому розчині будуть виділятись структури в вигляді не чистих компонентів, а твердих розчинів. Враховуючи, що тверді розчини позначають маленькими грецькими буквами, позначимо як g-твердий розчин на базі кристалічної гратки хімічної сполуки АхВу і, як звичайно, b - твердий розчин на основі кристалічної гратки компоненту В.

Рис. 6. Діаграма стану сплаву хімічна сполука.

Структури, що утворяться, будуть аналогічні структурам обмеженого твердого розчину з евтектикою (рис 4.4).

Ми розглядали перетворення, що відбувалися при охолоджені сплавів, які утворювали компоненти, що мають один тип кристалічної гратки в усьому температурному діапазоні існування сплавів. Проте досить багато металів мають декілька типів кристалічних граток в залежності від температури та тиску (явище поліморфізму або алотропізму.) При охолодженні таких сплавів, компоненти яких мають поліморфні форми в твердому стані проходять процеси аналогічні процесам кристалізації, тобто утворюються зародки нових кристалів з іншою кристалічною граткою, які ростуть, збільшуючись в розмірах поки не відбудеться повна перебудова типу кристалічної гратки. В залежності від типу сплавів, які можуть утворюватись різними поліморфними формами, діаграма стану зображується якби двома діаграмами накладеними одна на одну. Верхня частина зображує процеси первинної кристалізації, тобто утворення з рідини певного типу кристалів, а друга – процеси вторинної кристалізації, тобто перебудову в твердому стані кристалічних граток. Розглянемо деякі варіанти діаграм стану з поліморфними перетворюваннями.

Діаграма стану системи, коли компонент А має дві поліморфні форми Аa і Аb, причому низькотемпературна форма Аa ізоморфна компоненту В і утворює необмежений твердий розчин a, а високотемпературна модифікація Аb, утворює обмежений твердий розчин з перитектикою (рис. 7.а). Лінія ліквідусу даної діаграми абк, лінія солідус – алск.

Рис. 7. Діаграми стану сплавів з поліморфними перетвореннями.

В області алб з рідини починається виділення кристалів твердого розчину компоненту В в високотемпературній модифікації Аb (b), область адл – область існування b- твердого розчину. Нижче лінії дл починається перебудова кристалічної гратки в низькотемпературну модифікацію Аa і область длс буде складатись з двох типів кристалів твердих розчинів a і b. Нижче лінії дск буде однорідний a- твердий розчин.

Якщо ж кристали компоненту В будуть ізоморфні високотемпературній модифікації Аb, то діаграма буде мати вигляд зображений на рис. 7.б Після повного затвердівання рідини нижче лінії солідус агв отримаємо b - твердий розчин, при зниженні температури якого нижче лінії дз почнеться перебудова кристалічної гратки і появляться кристали a - твердого розчину. Лівіше кривої дк закінчиться перебудова кристалічної гратки в низькотемпературну модифікацію і буде область однорідного a - твердого розчину.

Якщо компоненти А і В мають по дві модифікації, причому Аa і Вa так як і Аb та Вb ізоморфні і утворюють необмежені тверді розчини, то діаграма має вигляд зображений на рис. 7.в.

Розглянемо систему, коли високотемпературні модифікації Аb,, Вb ізоморфні і утворюють необмежений b - твердий розчин, а низькотемпе-ратурні модифікації Аa і Вa утворюють обмежені g та d тверді розчини. (рис. 4.7.г). Крива ліквідус – абс, солідус – адс. Після повної кристалізації рідини отримуємо однорідний b - твердий розчин, з якого при знижені температури нижче лінії зкп почнуть виділятися кристали твердих розчинів g або d. Всі інші структури, що утворяться аналогічні структурам обмеженого твердого розчину з евтектикою, які приведені на рис. 4.

Властивості сплавів, як і тип діаграми визначаються структурами, що утворюються в процесі охолодження. Тому, очевидно, що повинен існува-ти зв’язок між типом діаграми та властивостями сплавів. Узагальнивши багаточисленні дослідження сплавів М.С. Курнаков сформулював правила, що встановлюють зв’язок між типом діаграми та властивостями, зображені на рис 8. Вверху зображені типи діаграм, а внизу залежності властивостей від концентрації компонентів.

Рис. 8. Зв’язок між типом діаграми та властивостями сплавів.

В системах, де немає розчинності компонентів в твердому стані (механічні суміші), властивості сплавів змінюються приблизно по лінійному закону. Якщо відомі властивості чистих компонентів, то легко визначити і властивості сплавів різної концентрації компонентів. В системах з необмеженою розчинністю в твердому стані властивості змінюються по криволінійному закону, причому можуть сильно відрізнятися від властивостей чистих компонентів. Для сплавів з обмеженою розчинністю в твердому стані властивості сплавів, що мають однофазну структуру змінюються по криволінійному закону, а в двохфазній області по прямолінійному закону. Для сплавів з хімічною сполукою склад хімічної сполуки відповідає максимуму або мінімуму на графіку властивостей (сингулярна точка), а властивості інших сплавів змінюються в залежності від типу структур, які утворюють компоненти сплаву з хімічною сполукою

Використана література

1. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений / Б. Н. Арзамасов, И. И. Сидорин, Г. Ф. Косолапов и др. / Под общ. ред. Б. Н. Арзамасова.—2-е изд., испр. и доп.— М.: Машиностроение, 1986.—384 с.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для машиностроительных вузов - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 493 с

3. Технология конструкционных материалов. /А.М.Дальский й др. Учебник для ВУЗов. - М.: Машиностроение, 1987 - 664 с.

4. Маталин А.А. Технология машиностроения. Учебник для ВУЗов. Машиностроение, 1985 - 496с.

5. Хубка В. Теория технических систем.: Пер.с нем. - М.:Мир, 1987 - 208 с.

6. Мосталыгин Г.П., Толмачевский Н.Н. Технология машиностроения. Учебникдля ВУЗов по инженерно-экономическим специальностям. Машиностроение, 1990 - 288с.