Диаграмма состояния сплавов твердых растворов с неограниченной растворимостью

При построении диаграммы сначала получают термические кривые. Полученные точки переносят на диаграмму, соединив точки начала кристаллизации сплавов и точки конца кристаллизации, получают диаграмму состояния.

Диаграмма состояния сплавов механических смесей. Эвтектика. Эвтектический сплав.
Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Рисунок 1 — Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии и кривые охлаждения типичных сплавов

а — диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии; б — кривые охлаждения типичных сплавов

Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения
Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (переменная растворимость)

Проведем анализ полученной диаграммы.

1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В).
2. Число фаз: f = 2 (жидкая фаза L, кристаллы твердого раствора α)
3. Основные линии диаграммы:

  • acb – линия ликвидус, выше этой линии сплавы находятся в жидком состоянии;
  • adb – линия солидус, ниже этой линии сплавы находятся в твердом состоянии.

4. Характерные сплавы системы:

Чистые компоненты А и В кристаллизуются при постоянной температуре, кривая охлаждения компонента В представлена на рисунок 1, позиция б. Остальные сплавы кристаллизуются аналогично сплаву I, кривая охлаждения которого также представлена на рисунке 1, позиция б.

Процесс кристаллизации сплава I (см. Кристаллизация сплавов. Кристаллизация металлов и сплавов.): до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации твердого раствора α. На кривой охлаждения отмечается перегиб (критическая точка), связанный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации. На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре, так как согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии двух фаз (жидкой и кристаллов твердого раствора α) число степеней свободы будет равно единице С = 2 — 2 + 1 = 1. При достижении температуры соответствующей точке 2, сплав затвердевает, при дальнейшем понижении температуры охлаждается сплав в твердом состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора α.

Рисунок 2 — Схема микроструктуры сплава – однородного твердого раствора

5. Количественный структурно-фазовый анализ сплава.

Пользуясь диаграммой состояния можно для любого сплава при любой температуре определить не только число фаз, но и их состав и количественное соотношение. Для этого используется правило отрезков. Для проведения количественного структурно-фазового анализа через заданную точку проводят горизонталь (коноду) до пересечения с ближайшими линиями диаграммы (ликвидус, солидус или оси компонентов).

  • Определение состава фаз в точке m:

Для его определения через точку m проводят горизонталь до пересечения с ближайшими линиями диаграммы: ликвидус и солидус.

Состав жидкой фазы определяется проекцией точки пересечения горизонтали с линией ликвидус p на ось концентрации. Состав твердой фазы определяется проекцией точки пересечения горизонтали с линией солидус q (или осью компонента) на ось концентрации.

Состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса, а состав твердой фазы – по линии солидуса.

С понижением температуры состав фаз изменяется в сторону уменьшения содержания компонента В.

Теория сплавов. Основы теории сплавов.
Механическая смесь. Твердый раствор. Химические соединения.

  • Определение количественного соотношения жидкой и твердой фазы при заданной температуре (в точке m):

Количественная масса фаз обратно пропорциональна отрезкам проведенной коноды. Рассмотрим проведенную через точку m коноду и ее отрезки.

Количество всего сплава (Qсп) определяется отрезком pq.

Отрезок, прилегающий к линии ликвидус pm, определяет количество твердой фазы:

Отрезок, прилегающий к линии солидус (или к оси компонента) mq, определяет количество жидкой фазы:

Благотворительный интернет-фонд Помоги.Орг