 |
|
Анализ сложных диаграмм состояния сплавов
На рисунке 13 изображена диаграмма состояния сплавов из двух компонентов, которые полностью растворяются в жидком состоянии и ограниченно – в твердом.
Рис. 13. Пример сложной диаграммы состояния.
Растворимость А в В с понижением температуры уменьшается, а В в А увеличивается. Компоненты А и В образуют также два неустойчивых химических соединения С1 и С3 и одно устойчивое химическое соединение С2. В сплавах образуются две эвтектики состава л и Т. Компонент А претерпевает аллотропическое превращение (А → А1) в точке е. В в А1 растворяется также ограниченно. Растворимость В в А1 с понижением температуры сначала уменьшается (жш), а потом не изменяется (шэ). В сплавах образуется также и эвтектоид состава з. Горизонтальные линии бв и на – перитектические. На этих линиях при охлаждении и нагреве происходят следующие процессы.
На линии бв происходит перитектическая реакция. При охлаждении твердый раствор α состава б, взаимодействуя с жидким сплавом состава в, образует неустойчивое химическое соединение С1. При нагреве на этой линии происходит распад неустойчивого химического соединения С1 на кристаллы α состава б и жидкий сплав состава в. Аналогичные процессы происходят на линии но. На эвтектической линии км при охлаждении их жидкого сплава состава л одновременно выделяются две твердые фазы – химические соединения С1 и С2, в результате чего образуется эвтектика. При нагреве на эвтектической линии происходит плавление эвтектики: кристаллы химических соединений С1 и С2 одновременно плавятся, образуя жидкий сплав состава л. Аналогичные процессы происходят на эвтектической линии хц.
На эвтектоидной линии жи происходят процессы, подобные процессам, происходящих на эвтектических линиях, а именно: при охлаждении твердый раствор α состава з распадается с одновременным выделением твердого раствора α1 состава ж и С1, взаимодействуя между собой, образуют твердый раствор α состава з.
В областях при нагреве и охлаждении происходят следующие процессы: в однофазных областях 1, 3, 7, 11, 17 фазовых превращений не происходит.
В двухфазных областях, ограниченных вертикальными линиями справа и слева (области 6, 10, 13, 15) также ничего не происходит.
В областях 2, 8, 9, 12, 14, 16 при охлаждении происходит затвердевание сплавов с выделением одной твердой фазы: соответственно кристаллы α, С1, С2, твердый раствор В в С2, С3, β. Зачастую бывает трудно определить процесс, происходящий, например, в такой области, как область 5. Для определения характера процесса, происходящего в области 5, надо провести вертикальную линию уz так, чтобы эта линия из двухфазной области перешла в однофазную. В точке у (область 5) имеются две фазы: химическое соединение С1 и твердый раствор α (твердый раствор В в А); в точке z (область 3) одна фаза: кристаллы α.
Итак, было две фазы С1 и α, а стала одна фаза. Что же произошло при охлаждении сплава? При охлаждении сплава пропала фаза С1, она растворилась в α-фазе. Это произошло потому, что с понижением температуры растворимость В в А увеличивается. Поэтому С1 и растворяется в α-кристаллах.
В верхней части области 15 при охлаждении из β-раствора выделяется C3. Ниже температуры t1 ничего не происходит, так как ниже t1 область 15 ограничена вертикальными линиями. В сплавах ниже t1 вместо твердого раствора β и С3 находятся чистые кристаллы В и С3. Аналогичные процессы происходят и в области 6.
Теперь можно ответить на вопрос “сколько и какие фазы находятся на линиях и в областях диаграммы?”
Ниже “акулообразных” областей (области 3, 7, 11, 17) всегда существует лишь одна фаза. Выше линии ликвидус, то есть в жидкой области также имеется лишь одна фаза – однородный жидкий сплав. Во всех остальных областях две фазы. На горизонтальных линиях в двухкомпонентных диаграммах состояния сплавов всегда находятся три фазы. Так, например, на перитектической линии бв существуют три фазы: твердый раствор α состава б; жидкий сплав состава в; химическое соединение состава г. При нагреве на этой линии неустойчивое химическое соединение С1 состава г распадается на две фазы: кристаллы α и жидкий сплав состава в.
В области 11 существует химическое соединение С2 с дефицитом атомов компонента А. На линии дС2 ниже точки д находится только одна фаза – твердое химическое соединение С2; в точке а находятся две фазы – жидкая и твердая фазы компонента А; в точке д также находятся две фазы – кристаллы химического соединения С2 и жидкое химическое соединение С2. В точках к и и существует лишь одна фаза – кристаллы химического соединения С1.