1.1. Диаграмма состояния сплавов, образующих механическую смесь компонентов

Этот тип диаграмм относится к системам, компоненты которых в жидком состоянии обладают полной взаимной растворимостью; в твердом состоянии нерастворимы или практически нерастворимы друг в друге; не образуют химических соединений; не имеют аллотропных изменений.

Диаграмма системы приведена на рис. 2. Характерной особенностью такой системы является снижение температуры плавления каждого из компонентов при добавке другого; вторая особенность – температура конца затвердевания не зависит от состава сплава; она значительно ниже температуры затвердевания каждого из компонентов.

Линия Р-S-R обозначает температуры начала процесса затвердевания сплавов соответствующих составов и называется линией ликвидуса. Прямая M-S-N соответствует температуре конца затвердевания и называется линией солидуса. Таким образом, все сплавы, находящиеся в

ыше линии ликвидуса, жидкие; ниже линии солидуса все сплавы находятся в твердом состоянии. В области фигур PSM и RSN часть сплава находится в твердом состоянии, а часть – в жидком.

Е

Рис. 2. Диаграмма состояния сплавов, образующих механическую смесь компонентов: t_А; t_В – температуры плавления компонентов А и В; t_эвт – температура кристаллизации эвтектики

сли сплав имеет состав, соответствующий точке Е (слева от точки S), то при охлаждении ниже линии ликвидуса в точке а в расплаве начнут появляться твердые кристаллы компонента А. При дальнейшем снижении температуры (t₁; t₂; t₃) растет количество кристаллов компонента А, соответственно уменьшается количество жидкой фазы, а ее состав изменяется в направлении, обозначенном стрелкой на линии ликвидуса, – обогащается компонентом В. При достижении температуры t_эвт система представляет твердые зерна компонента А, между которыми затвердевает последнее количество расплава с составом, соответствующим точке В_Э. Этот состав называется эвтектикой. По структуре эвтектика представляет тонкодисперсную смесь кристаллов обоих компонентов.

Иногда эвтектическую реакцию записывают в виде: L → A + B. Другими словами – жидкая фаза при некоторой постоянной температуре (температуре эвтектики) распадается на две твердых фазы.

Если сплав имеет состав справа от эвтектики (заэвтектический), то при охлаждении процессы кристаллизации идут аналогично, с той только разницей, что первыми в расплаве появятся кристаллы компонента В, количество которых по мере падения температуры будет увеличиваться; последним будет затвердевать расплав эвтектического состава. Подобного рода сплавы образуют пары: Sn-Zn; Pb-Sn; AI-Si.

В сплаве, представляющем механическую смесь компонентов, каждый из них при кристаллизации образует зерна со своим типом кристаллической решетки (рис. 3). Свойства такого сплава будут средними из свойств элементов, его образующих.

1

Рис.3. Микроструктура сплавов системы Pb-Sb, х100:

а – эвтектический сплав;

б – доэвтектический сплав Pb-7%Sb;

в – заэвтектический сплав Pb-55%Sb

.2. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

В сплавах, твердых растворах, один из компонентов, растворитель, образует свою кристаллическую решетку, а атомы растворенных компонентов либо внедряются в межузельные пространства, образуя растворы внедрения, либо частично замещают в узлах решетки атомы основного компонента – растворы замещения. Твердые растворы являются фазами переменного состава с широким диапазоном растворимости, от незначительной, порядка сотых-десятых долей процента, до неограниченной взаимной растворимости компонентов друг в друге.

Неограниченные твердые растворы способны образовывать металлы, близко расположенные в таблице Менделеева, особенно находящиеся в одной группе – металлы с одинаковым типом кристаллических решеток и близкими размерами атомов или параметров кристаллических решеток, например: Cu-Si; Fe-Ni; Fe-Cr; Co-Ni; Au-Ag; Au-Cu; Bi-Sb; Mo-W; V-Ti.

К

ак видно из рис. 4, в этих системах отсутствует эвтектика, а температуры ликвидуса и солидуса монотонно увеличиваются от легкоплавкого компонента к тугоплавкому.

Р

Рис. 4. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов;

t_А и t_В – температуры плавления (кристаллизации) компонентов А и В

Рис. 5. Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы: α – твердый раствор компонента В в А; β – твердый раствор компонента А в В; α_вт и β_вт – вторичные твердые растворы α и β, выделившиеся при охлаждении предельно насыщенных твердых растворов α_R и β_S

ассмотрим процесс кристаллизации сплава, состав которого соответствует точке С. При охлаждении сплава ниже линии ликвидуса (т. а₁) начинают выделяться кристаллы твердого раствора состава S, При дальнейшем охлаждении размеры и количество кристаллов твердой фазы возрастают, а количество расплава соответственно снижается. При этом одновременно меняется состав фаз: жидкой - по стрелке на линии ликвидуса от С до Р, а твердых кристаллов - по стрелке на линии солидуса от S до С. Такой характер кристаллизации приводит к дендритной ликвации, в результате которой зерна твердой фазы будут неоднородны по сечению - в центре зерна сплав будет обогащен компонентом В. При медленном охлаждении в системе происходит выравнивание состава зерен в результате диффузии. Но в реальных условиях при быстром охлаждении расплава, полного выравнивания не происходит.