Кристаллизация сплавов
Сплавы имеют более сложную структуру, чем простые металлы. В связи с этим процессы кристаллизации сплавов протекают значительно сложнее, чем металлов.
Особенности процессов кристаллизации сплавов можно проследить по кривым охлаждения. Как видно из кривой охлаждения сплава (рис. 6), его кристаллизация протекает в интервале от температуры начала кристаллизации (Тн. кр) до температуры конца кристаллизации (Тк. кр).
Температуры, при которых в металлах или сплавах происходят какие-либо превращения, называются критическими точками.
Следовательно, сплавы в отличие от чистых металлов при затвердевании или плавлении имеют не одну, а две критические точки.
Выше температуры начала кристаллизации (точка а) сплав находится в жидком состоянии. Ниже температуры конца кристаллизации (точка b) он будет в твердом состоянии. В интервале температур между критическими точками сплав состоит из жидкого раствора и твердых кристаллов.
Изучение процессов кристаллизации сплавов имеет большое практическое значение. При выборе режимов тепловой обработки и горячей обработки давлением, при выборе сплавов для литья необходимо знать их критические точки.
Для облегчения изучения сплавов их объединяют в системы.
К данной системе относят все сплавы, состоящие из одних и тех же компонентов и отличающиеся друг от друга лишь количественным соотношением этих компонентов, т. е. концентрацией. Так, например, к системе сплавов «свинец—сурьма» относятся все сплавы, состоящие из свинца и сурьмы и отличающиеся друг от друга лишь составом этих компонентов.
Количество сплавов одной системы, но разной концентрации настолько велико, что изучать по кривым охлаждения или нагревания все превращения, происходящие в каждом из них, практически невозможно, да и нерационально. Для изучения состояния сплавов выбранной системы в зависимости от температуры и концентрации строят диаграмму состояния.
1.2. Диаграммы состояния сплавов. Понятие о диаграммах состояния сплавов
Диаграмма состояния показывает изменение состояния сплавов в зависимости от их концентрации и температуры.
По диаграмме состояния сплавов можно:
судить о структурных превращениях, происходящих в любом сплаве данной системы при нагревании и медленном охлаждении;
заранее определять технологические и механические свойства всех сплавов данной системы;
установить температуры начала и конца кристаллизации сплавов, что имеет большое практическое значение;
выбрать из данной системы сплавы определенного состава, наиболее удовлетворяющие требованиям практики.
Существуют различные типы диаграмм состояния: двойных сплавов, тройных сплавов и т. д.
Наиболее простые диаграммы состояния получаются для двухкомпонентных сплавов (рис. 7). Вид такой диаграммы зависит от того, как реагируют оба компонента сплава друг с другом в жидком и твердом состоянии. Диаграммы состояния двойных сплавов могут быть представлены в виде графиков на плоскости в прямоугольных координатах. При этом на горизонтальной оси откладывают состав (концентрацию) сплавов данной системы, а на вертикальной - температуры.
Концентрацию сплава обычно выражают в весовых процентах одного из компонентов, так как количество другого компонента легко определяется дополнением до 100%. Следовательно, каждая точка на горизонтальной оси соответствует определенному количественному соотношению элементов сплава.
Каждая точка в плоскости диаграммы состояния будет обозначать сплав определенного состава, взятый при определенной температуре. Линии диаграммы отделяют область одного состояния сплава (например, жидкого) от области другого состояния (например, твердого) и характеризуют температуры, при которых в сплавах происходят какие-либо превращения.
Кривая, соединяющая точки, соответствующие температурам начала кристаллизации, называется линией ликвидуса (от лат. liquidus — жидкий), выше которой находится область жидкой фазы. Кривая, соединяющая точки, которые соответствуют температурам конца кристаллизации, называется линией солидуса (от лат. solidus — твердый), ниже которой расположена область твердого сплава. Между линией ликвидуса и солидуса сплав находится частично в жидком, частично в твердом состояниях.
Большой вклад в изучение диаграмм состояния внесли русские и советские ученые, в особенности Н. С. Курнаков и его ученики.