Диаграмма. Состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Вспомним, что полная взаимная растворимость в твердом состоянии возможна лишь для металлов с однотипными (изоморфными) и близкими по периодам кристаллическими решетками, образующих при сплавлении непрерывный ряд твердых растворов замещения. Соответствующая этому случаю диаграмма представлена на рис. I.

Имеем: компоненты А ( например, Сu ) и В ( например, Ni); фазы - жидкий раствор Ж и твердый раствор α.

Поле диаграммы разделено на три области фазового состояния, разделяемые линиями t_ACt_B и t_ADt_B. Линия t_ACt_b представляет собой геометрическое место то ликвидус и называется линией ликвидуса.

Выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии. Линияt_ADt_B - геометрическое место точек солидус - называется линией солидуса, ниже которой все сплавы находятся в твердом состоянии. Область между этими линиями соответствует равновесию жидкости и кристаллов твердой фазы.

Вначале получают кривые охлаждения для чистых компонентов, а затем для сплавов различного состава.

Кривая I получена при охлаждении компонента А ( Сu ). Выше температуры t_А (для меди - 1086°С ) металл находится в жидком состоянии. Кристаллизация начинается при этой температуре через промежуток времени τ₁ и заканчивается в момент τ₂ . Согласно правилу фаз, имеем: компонент I ( металл А ), фазы 2 ( жидкий металл и кристаллы А ), следовательно, С = К - Ф + 1 = 1 - 2 + 1= 0, т.е. кристаллизация должна происходить при постоянной температуре. Ниже температуры t_A происходит только охлаждение образовавшихся кристаллов компонента А. Аналогичные процессы происходят и при охлаждении компонента B.

Сплав II, содержащий, например, 60 % компонента B ( Ni ) и 40 % компонента A ( Сu ) выше температуры t₁ ( точка l₁ на линии ликвидуса ) находится в состоянии однородного жидкого раствора. При этой температуре жидкий раствор становится насыщенным по отношению к α-фазе и начинается кристаллизация, сопровождающаяся уменьшением скорости охлаждения. В интервале температур t₁-t₂ находятся две фазы: насыщенные жидкий и твердый растворы. Поскольку в данном случае количество компонентов К = 2, то С = 2 - 2+1 = 1, из чего следует, что кристаллизация сплава должна происходить в интервале температур. В этом состоит существенное отличие процесса кристаллизации двухкомпонентных сплавов от процесса кристаллизации чистых компонентов, происходящего при постоянной температуре.

__________________________________________________

При температуре t₂ ( точка S₂ на линии солидуса ) кристаллизация сплава заканчивается, и ниже ее никаких превращений не происходит.

Аналогичные процессы происходят и при охлаждении всех других сплавов, образованных компонентами А и В.

Следует усвоить, что в процессе кристаллизации изменяются химический состав ( концентрация ) фаз и количество каждой «вы. Пользуясь диаграммой состояния, можно в той области диаграммы, где существует две фазы, определить их состав и относительные количества при любой температуре. Для этого необходима использовать правила отрезков.

Запомните, что первое правило отрез -: о в применяет для определения состава фаз. Так, например, для того, чтобы в сплаве П ( рис. I ) определить составы жидкой и твердой фазы при температуре Ь черв» точку К характеризующую состояние сплава при этой температуре, надо пролети горизонтальную линию - коноду до пересечения с линями, ограничивающими данную двухфазную область. Проекция точки пересечения коноды с линией ликвидус l на ось концентраций – точка I - показывает состав жидкой фазы, а проекция точки пересечения S к он оды с линией оолндус на эту ось - точка S` состав твердой фазы.

Из рис. I видно, что состав первых кристаллов твердого раствора α, образовавшихся при температуре t₁ , отвечает точке S`<sub>1</sub> , а последних г при температуре t<sub>2</sub> - точке S`₂ , т.е. вменяется в соответствии с линией солидус на участке l_1- l₂. Состав жидкой фазы изменяется при этом от l_1- в начале кристаллизации до l₂. в конце, т.е. в соответствии с линией ликвидус на участке l_1- l₂.

Это может быть записано в виде:

Для определения количеств ( массы или объема ) каждой на фаз в двухфазной области при какой-либо температуре следует применять второе правило отрезков. Так, например, для сплава Ц ( рис. I) о этой целью также надо использовать коноду ГЛ , проведенную до грант двухфазной об-ласги через точку К . характеризующую ооотояние сплава при температуре Ъ . Обратите внимание на то, что количество твердой фазы яС определяется при этом отношением длины отрезка &К , прншкающего к области жидкой фазе, по всей длине коноды 15 , т.е.

а количество жидкой фазы - отношением отрезка К5 , примыкающего к области твердой фазы, также к длине этой коноды:

(Индекоы S и l при буквах α и β указывают состав твердой и жидкой фаз соответственно при заданной температуре t).