§ 7. Правило отрезков.

Для характеристики строения сплава часто требуется не только качественное, но и количественное определение составляющих. Например, доэвтектические сплавы Pb–Sbпри комнатной температуре все будут иметь кристаллыPbи эвтектику, но количество этих составляющих будет различно, поэтому и свойства их также будут различны.

Для количественного определения пользуются правилом отрезков.

Для определения количестважидкой и твёрдой фазы сплава по диаграмме следует поступить следующим образом:

1. Провести линию сплава задан-ной концентрации;

2. При заданной температуре про-вести горизонтальную линию (изотерму, каноду) до пересече-ния с линиями диаграммы, ог-раничивающими данную обла-сть;

3. Найти точки пересечения изо-термы с линиями диаграммы. Определить состав жидкой и твёрдой фазы.

4. Соотношение между жидкой и твёрдой частями сплава будет обратно пропорционально отрезкам, на которые линия сплава делит изотерму:

=

5. Тогда количество твердой фазы определяется по формуле:

=,

а количество жидкой фазы:

=

=100%

§8. Диаграмма состояния второго типа

(для случая полной взаимной растворимости)

Эта диаграмма характерна для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов как в жидком, так и в твёрдом состоянии. Для этих сплавов характерно образование неограниченных твёрдых растворов.

Рис.

Линия АmВ – линия ликвидус, линия АnВ – солидус. Выше линии АmВ все сплавы находятся в жидком состоянии. Между линиями ликвидус и солидус все сплавы находятся в двухфазном состоянии – ж + кристаллы твёрдого раствора. Превращение это происходит с выделением тепла, поэтому замедление скорости охлаждения на кривой охлаждения. После затвердевания ниже т. 2 происходит охлаждение твёрдого раствора, которое протекает уже более быстро. Состав твёрдой фазы изменяется по линии солидус, а жидкой – ликвидус.

При затвердевании твёрдых растворов сплав имеет дендритное строение. Центральные части кристалла (оси первых порядков), образующиеся при более высоких температурах, будут наиболее богаты тугоплавким компонентом, а периферийные части и оси высших порядков – обогащены менее тугоплавким. Для выравнивания концентрации по объёму требуется диффузия атомов внутри кристаллов. Диффузионные процессы в реальных условиях охлаждения протекают медленно, поэтому состав в различных местах кристалла не успевает выравниваться.

Различие состава в одном и том же кристалле наз. дендритнойили внутрикристаллическойликвацией.

Чем больше расстояние между линиями ликвидус и солидус, тем больше возможная дендритная ликвация сплава.

Дендритную ликвацию можно в значительной степени устранить путём нагрева сплава в твёрдом состоянии до температур отжига, в результате чего получается однородная зернистая структура.

§ 9. Диаграмма состояния III типа (для случая ограниченной растворимости компонентов в твёрдом состоянии)

Ограниченная растворимость наиболее часто встречается в металлических сплавах.

При образовании ограниченных твёрдых растворов различают два типа диаграмм: с эвтектическим превращением и с перитектическим.

Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные

твёрдые растворы и эвтектику.

Рис.

Линия АСВ – ликвидус

АДСКВ – солидус

ДСК – эвтектического превращения

Точка Д – предельная растворимость компонента В в А

Линия ДМ – изменение растворимости В в А

Точка К – предельная растворимость А в В

Линия КNизменение растворимости А в В

Точка С – точка эвтектического превращения

ЭА(В)В(А)

Кристаллизация сплава Iидёт подобно кристаллизации сплавов по диаграммеIIтипа. В результате получается однородный твёрдый растворА(В). Кристаллизация сплаваIIIидет аналогично кристаллизации сплавов по диаграммеIтипа. В результате сплав имеет избыточные кристаллы+ эвтектику.

Рассмотрим кристаллизацию сплава II. От т.1 до т.2 в интервале температур из жидкости выделяются кристаллы твердого раствора. В т.2 кристаллизация заканчивается и от т.2 до т.3 идёт охлаждение сплава.

При температуре т.3 в сплаве начинается вторичная кристаллизация. Вследствие того, что растворимость В в А меняется по линии ДМ, ниже т.3 не может раствориться столько компонента В сколько его находится в сплаве. Эта избыточная часть компонента становится растворителем и образуются кристаллы твёрдого раствора. Вторичные кристаллы, выделяясь из твёрдого раствора, располагаютсяпо границам зёрениливнутри самого зерна. В эвтектике эти вторичные кристаллы сливаются с первичными и при микроисследовании не обнаруживаются.

Если растворимость компонентов с понижением температуры не изменяется, то вторичных кристаллов не образуется.

Диаграмма состояния сплавов, образующих

ограниченные твёрдые растворы и перитектику.

Образование твёрдого раствора возможно не только из жидкости , а и при помощивзаимодействия жидкой и твёрдой фаз.Такой процесс образования новой фазы наз.перитектическим, а температура, при которой он происходит – перитектической.

Р

III

ис.

Линия АСВ – линия ликвидус, АКДВ – солидус, КЕ и ДF– линия растворимости компонентов(в зависимости от температуры не изменяется).

Рассмотрим кристаллизацию перитектического сплава I1. В т.1 из жидкости начинают выпадать кристаллы твёрдого раствора.Концентрация жидкости меняется по линии СВ, а-раствора по линии ВД. По достижении температуры т.К происходит перитектическая реакция:

Для сплавов находящихся между точками С и К перитектическая реакция происходит при избытке жидкости:

Поэтому после перитектической реакции кристаллизация не заканчивается и сплав имеет двухфазное строение:. При дальнейшем понижении температуры из жидкости кристаллизуется твёрдый раствор. После затвердевания структура сплава будет состоять только из твёрдого раствора.

Для сплавов между т.К и т.Д перитектическая реакция проходит при избытке :

В результате после затвердевания сплавы будут иметь структуру состоящую из . Размеры и форма кристалловии их взаимное расположение зависит от условий кристаллизации. Наиболее часто эта структура состоит из развитых чередующихся кристалловии наз.перитектикой. Перитектическое превращение характерно для сплавов железа с углеродом, меди с цинком.