Федеральное агентство по образованию

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕНОЙ ЭКОЛОГИИ

Машиностроительный факультет

Кафедра «Технология машиностроения

и материаловедение»

Двойные диаграммы состояния первичной и вторичной кристаллизации

Методические указания

Составители: Н.Н.Варыгин, Н.П.Селянская, В.С.Соколов, А.Ж.Адамова, В.А.Трембовлер.

Допущено редакционно-издательским советом

Москва – 2006

УДК 669.01.(075.8)

Двойные диаграммы состояния первичной и вторичной кристаллизации: Методические указания / Сост.: Н.Н.Варыгин, Н.П.Селянская, В.С.Соколов, А.Ж.Адамова, В.А.Трембовлер.;

МГУИЭ - М., 2006, - 24 с.

Методические указания содержат разбор элементарных и ком­плексной диаграмм состояния двойных систем с применением правил фаз и отрезков.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальностям 121000 (150502), 210200 (220301) – МВ, 160800 (080502), 170500 (240801), 171200 (240706), 330200 (280202), 320700 (280201), 101700 (140504), 070200 (140401), 07200 (200503) – МиТКМ дневной и вечерней форм обучения.

Рис.9. Еиблиогр.2 назв.

Рецензенты: кафедра технологии конструкционных материалов

и материаловедения ВЗИСИ.

Е.Ч.Куманин, кафедра МИТОМ, МШ

© Московский государственный университет инженерной экологии (мгуиэ), 2006 Основные положения

Сплавы, по сравнению с чистыми металлами, обладают более вы­сокими механическими и технологическими свойствами. Сплавы в основном получают сплавлением различных металлов или сплавлением металлов с металлоидами. Однородный жидкий раствор (расплав) при кристаллизации может образовать следующие основные типы сплавов: химическое соединение, твердый раствор и смесь, состоящую из ком­понентов, твердых растворов, химических соединений или комбина­ции из них.

В теории сплавов широко применяют такие понятия как компо­нент, фаза, структура. Компонентами называются химические алимен­ты или их устойчивые химические соединения, образующие данную систему, фаза - это однородная часть системы, отделенная от дру­гих частей поверхностью раздала, при переходе через которую рез­ко изменяются свойства. Сплавы могут быть однофазными (химичес­кое соединение, твердый раствор) и многофазными (смесь). Под структурой (строением) сплава подразумевается форма, размер вхо­дящих фаз и юс взаимное расположение в сплаве. Диаграммы состоя­ния показывают изменения фазового и структурного состояния спла­вов в зависимости от их химического состава. Зная строение спла­ва, можно судить о его физических и механических свойствах, По­этому диаграммы состояния имеют большое практическое значение к являются теоретической основой создания новых сплавов. Если на диаграмме состояния указываются только фазы, то такая диаграмма называется фазовой, а если структурные составляющие сплавов - структурной. Диаграммы состояния обычно строятся эксперименталь­но. Однако в настоящее время разработаны методы их расчета по термодинамическим функциям с применением ЭВМ.

При построении диаграммы состояния по оси ординат откладыва­ется температура, по оси абсцисс - концентрации компонентов (рис.1). Левая крайняя вертикаль соответствует 100%-ному содержа­нию компонента А (0 % В), а правая - 100%-ному содержанию компо­нента В (0 % А). Процентное содержание компонента В в сплавах возрастает слева направо, а компонента А, наоборот, справа нале­во. Например, сплав I имеет концентрацию 22 % В и 78 % А, сплав П - 50 % В и 50 % А, сплав III - 78 % В и 22 % А (см. рис.1).

Для построения диаграммы состояния берут компоненты и серию сплавов с различным химическим составом. Для каждого из них

Рис. 1. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состоянии

Рис. 2. Диаграмма состояния с эвтектикой

строят кривую охлаждения. С этой целью тигель с исследуемым сплавом нагревают в печи до жидкого состояния, а затем на возду­хе медленно охлаждают, фиксируя изменение температуры во време­ни. На рис.1 изображены кривые охлаждения компонентов А и В, ко­торые кристаллизуются при постоянной температуре t_A и t_B. Сплавы I, II, III, образующие при затвердевании твердый раствор α, кристаллизуются в интервале температур t₁ –t₂; t₃ –t₄; t₅ –t₆. При указанных температурах отмечается перегиб, связанный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации. Температуры фазового перехода из жидко­го в твердое состояние называют критическими точками. Эти точки переносят на диаграмму в координатах температура-концентрация. Соединив температурные точки начала кристаллизации t_A, t₁, t₃, t₅, t_B. получают линию, выше которой сплавы находятся в жидком состоянии. Эта линия называется ликвидус (жидкий). Критические точки t_A, t₂, t₄, t₆, t_B показывают завершение процесса кристал­лизации. Ниже этой линии сплавы находятся в твердом состоянии, а линия называется - солидус (твердый). Между линиями ликвидусc и солидус сплавы имеют двухфазное состояние (α + ж ). Полученная диаграмма показывает, что компоненты А и В неограниченно раство­ряются друг в друге в жидком и твердом состоянии. Обычно такого вида диаграммы образуют компоненты, близкие по своим свойствам, например Cu-Au, Fе-Сr, Аu-Ag и др. Правильность построения равновесных диаграмм состояния проверяется по правилу фаз.