Діаграми стану сплавів та їх зв’язок із властивостями матеріалів (стр. 2 из 4)
Згідно з правилом відрізків коноди кількість рідкої фази дорівнює відношенню довжини відрізка коноди, прилеглого до точки складу твердої фази, до довжини усієї коноди: Qр =
´100% (множення отриманого відношення АЕ відрізків на 100% дає можливість в процентах виразити кількість рідкої частини сплаву).Кількість (чи маса) твердої фази сплаву дорівнює відношенню довжини відрізка коноди, прилеглого до точки складу рідкої фази, до довжини всієї коноди:
Qт=
´100 %.Отже, для визначення кількості рідкої і твердої фаз сплаву за діаграмою стану потрібно зробити так:
1. Відновити перпендикуляр до точки, що характеризує склад даного сплаву (тобто провести лінію сплаву).
2. При заданій температурі провести коноду - горизонтальну лінію (ізотерму) до перетину з лініями, що обмежують дану область.
3. Співвідношення між рідкою і твердою частинами сплаву буде обернено пропорційне відрізкам, на які лінія сплаву поділяє коноду.
4. Для визначення кількості твердої частини сплаву потрібно взяти відношення довжини відрізка, прилеглого до рідкої частини сплаву, до довжини всієї коноди.
5. Для визначення кількості рідкої частини сплаву потрібно взяти відношення довжини відрізка, прилеглого до твердої частини сплаву, до довжини всієї коноди.
Існують такі типи подвійних діаграм стану [3].
1. Подвійна діаграма стану системи для випадку повної нерозчинності компонентів у твердому стані, утворення евтектики і повної розчинності компонентів у рідкому стані (рис. 1.4).
Рис. 1.4. І - гомогенний розплав; ІІ – А-кристали і розплав; ІІІ - В-кристали і розплав; IV - А-кристали і евтектика; V – В-кристали і евтектика; 1 - доевтектичні сплави; 2 - заевтектичні сплави; Е - евтектика
2. Подвійна діаграма стану системи для випадку необмеженоі розчинності компонентів у рідкому і твердому станах (рис. 1.5).
Рис. 1.5. І - гомогенний розплав (С = 2; К = 2; Ф = l); ІІ - розплав і твердий розчин (С = 1; K = 2; Ф = 2); ІІІ - тверда фаза (С = 2) - твердий розчин заміщення
3. Подвійні діаграми стану системи для випадку необмеженої розчинності компонентів у рідкому стані та обмеженої їх розчинності у твердому стані. Поділяються на діаграми з евтектикою (рис. 1.6.1) і перитектикою (рис. 1.6.2).
Рис. 1.6.1. Подвійна діаграма стану системи з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані і евтектичним перетворенням: І - розплав; ІІ –розплав + a-твердий розчин; ІІІ – розплав + b-твердий розчин ; ІV -a‑твердий розчин; V -b-твердий розчин; VI -a- і b-тверді розчини
Рис. 1.6.2. Подвійна діаграма стану системи з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані і перитектичним перетворенням; позначення такі ж, як на рис. 6.1
Тверді розчини на базі решітки А-компонента позначаються a‑твердими розчинами, на базі решітки В-компонента -b-твердими розчинами. Вони можуть бути твердими розчинами проникнення чи заміщення.
4. Подвійна діаграма стану системи для випадку утворення інтерметалічних фаз. У загальному вигляді інтерметалічна фаза позначається як AmBn .
Утворення інтерметалічних фаз можливе:
а) при кристалізації з розплаву; решітки компонентів А і В визначають можливість лише обмеженої розчинності; конгруентно плавкі сплави з температурним мінімумом на лінії ліквідуса;
б) в результаті перитектичного перетворення як наслідок реакції між двома розплавами; неконгруентно плавкі сплави (так званий закритий максимум).
Інтерметалічна фаза поводить себе при твердінні, як чиста речовина (рис. 1.7).
Рис. 1.7. І - розплав; ІІ - розплав + a-твердий розчин; III - розсплав + b-твердий розчин; IV - розплав + AmBn; V -a-твердий розчин; VI -b-твердий розчин; VII -a-твердий розчин + AmBn; VIII -b-твердий розчин + AmBn; IX - AmBn
1.2 Залежність властивостей сплавів від їх складу
У сплавах, які створюють одноманітні діаграми стану, властивості змінюються ідентично. Були розроблені спеціальні діаграми склад - властивість. Такі діаграми є цінним доповненням до діаграм стану сплавів, тому що вони для кожної системи характеризують зміну тієї або іншої властивості сплаву в залежності від складу. На рис.1.7.2. у верхньому ряду зображені діаграми стану, у середньому - діаграма зміни твердості, у нижньому - діаграма зміни електропровідності. У сплавах типу Рв-Sв (діаграма стану з механічними сумішами) властивості змінюються прямолінійно від одного компонент до іншого.
Крім твердості, міцності, електропровідності діаграми стану дають можливість визначити ливарні властивості, здатність піддаватися гарячій механічній обробці, обробці різанням та ін. Величина перепаду температур між точками ліквідус і солідус визначає ступінь ліквації та можливої неоднорідності сплаву; евтектичні сплави мають кращі ливарні властивості та оброблюваність різанням; сплави - тверді розчини, які добре обробляються тиском. Побудовою кривих у координатах температура-час. Якщо при охолодженні сплаву в ньому відбуваються фазові перетворення, які супроводжуються виділенням тепла, то на кривій появляються горизонтальні ділянки або зломи. Такі зломи і горизонтальні ділянки дають змогу визначити температуру перетворень. Для подвійних сплавів існує чотири типи діаграм стану:
- діаграми стану механічних сумішей;
- діаграми стану з необмеженими твердими розчинами;
- діаграми стану з обмеженими твердими розчинами;
- діаграми стану з хімічними сполуками.
Розглянемо діаграму стану подвійних сплавів, компоненти яких у твердому стані утворюють механічні суміші.
Такого типу діаграму утворює сплав свинець-сурма. Для побудови даної діаграми побудуємо шість кривих охолодження для сплавів із вмістом сурми 5, 10, 13, 20, 40 і 80 % (рис1.8.1.). На цих кривих охолодження ми бачимо по дві критичні точки (а, б, г, д, е) і тільки на одній кривій (в) для сплаву з 13 % одну критичну точку. Верхні критичні точки відповідають початку кристалізації, нижні – завершенню кристалізації.
Діаграму будують так: відкладають у масштабі по абсцисі точки за складом сплавів, приймаючи, що ліворуч буде чистий свинець, а праворуч – чиста сурма. По вертикалі розмітимо шкалу температури і відкладемо критичні температури зазначених сплавів. Свинець має температуру плавлення 600 0К, сурма – 903 0К. Сполучивши нижні критичні точки, маємо пряму ДВЕ, а сполучивши верхні точки - криву АВС.
Вище лінії АВС усі сплави перебувають у рідкому стані. Лінія АВС називається лінією ліквідус. Нижче від лінії ДВЕ усі сплави перебувають у твердому стані. Вона називається лінією солідус.
У точці В при вмісті 13 % , 87 % і при температурі 519 0К кристалізація свинцю та сурми відбувається одночасно; утворюється тонка механічна суміш кристалів свинцю і сурми (двох фаз). Ця суміш називається евтектикою. Евтектика - сплав з найменшою температурою плавлення. Сплави, які містять менш як 13 % , називаються доевтектичними, а які містять більше як 13 % - заевтектичними. Точку В називають евтектичною точкою.
Узагальнюючи викладене, можна зробити такі висновки:
- по лінії АВ починається випадання кристалів свинцю;
- в області АВД містяться кристали свинцю і рідкий розчин;
- по лінії ВД кристалізується весь маточний розчин евтектичного складу;
- нижче лінії ВД містяться тверді доевтектичні сплави, які складаються з кристалів свинцю та евтектики;
- по лінії ВС починається випадання кристалів сурми;
- в області СВЕ містяться кристали сурми і рідкий розчин;
- по лінії ВЕ кристалізується весь маточний розчин евтектичного складу, що залишається;
- нижче від лінії ВЕ містяться тверді заевтектичні сплави, які складаються з кристалів сурми та евтектики.
сплав атом розчин сталь
2. ДОСЛІДЖЕННЯ СТАНУ ДІАГРАМИ ЗАЛІЗО-ВУГЛЕЦЬ
2.1 Основні методи дослідження сплавів
На даному етапі для дослідження всіх властивостей металів розроблені відповідні методики та устаткування.
Для дослідження механічних властивостей використовують механічні випробування. Найбільш поширеними є випробування на твердість, статичний розтяг, динамічні випробування, на втомленість, повзучість та зношування, які свідчать про властивості металів.
Статичні - це такі випробування, при яких метал, що випробовують піддають дії постійної сили або сили, яка зростає дуже повільно.
Динамічними називають випробування, при яких метал піддають впливу удару або сили, яка зростає дуже швидко. Статичне випробування на розтяг - поширений спосіб механічних випробувань металів. Для цього випробування виготовляються спеціальні зразки, які розриваються на спеціальних розривних машинах. На розривних машинах одержують діаграму розтягу, по якій можна визначити: межу текучості, межу міцності, відносне видовження і відносне звуження.
Межею текучості називається найменше напруження, при якому без помітного збільшення навантаження продовжується деформація досліджуваного зразка.