Пример выполнения задания
Задание. Вычертить диаграмму состояния Ag-Cu, построить кривую охлаждения для сплава, содержащего 80 % Ag и 20 % Cu, в интервале температур от 1000 °С до 20 °С, описать фазовые превращения и образующиеся структуры. Определить количество и состав фаз этого сплава при температуре 800 °С.
Решение задачи.
Диаграмма состояния берется из Приложения.
Построение кривой охлаждения. Справа от диаграммы состояния системы Ag-Cu в том же масштабе оси температур строят кривую охлаждения в координатах «температура сплава – время охлаждения» для сплава содержащего 20 % Cu. Для этого на диаграмме состояния проводят вертикаль, проходящую через точку на оси концентраций (ось «х»), соответствующую заданному химическому составу сплава (рис.4). Отмечают точки пересечения вертикали со всеми линиями диаграммы состояния:
a – точка пересечения с линией ликвидус;
b – точка пересечения с линией солидус и с линией эвтектического превращения;
Переносят температуры точек а и b на кривую охлаждения.
Ж+→э(+)+ 
|
Рис.4. Пример построения кривой охлаждения сплава двухкомпонентной системы |
Выше точки а сплав находится в жидком состоянии (рис.5, а). Происходит охлаждение расплава, не сопровождающееся никакими превращениями, поэтому на кривой охлаждения нет ни выделения, ни поглощения энергии – участок оа без перегибов (рис.4).
а |
б |
в |
г |
Рис.5. Схематическое изображение структуры на каждом этапе охлаждения в соответствии с кривой охлаждения: а – участок оа; б – ab; в – bb’; г – b’c |
|
В интервале аb из жидкости начинают кристаллизоваться зародыши твердого раствора - фазы рис.4 и 5, б). В результате по мере кристаллизации фазы в оставшемся расплаве концентрация Cu повышается с исходных 20% до 39,9 %, что соответствует эвтектическому составу. Данная химическая реакция – экзотермическая, поэтому на кривой охлаждения графически отображают выделение теплоты в виде выпуклой кривой – участок ab на кривой охлаждения рис.4.
При температуре 780 °С оставшаяся жидкость соответствует составу эвтектической точки и кристаллизуется в виде эвтектики (рис.5, в). Слева от эвтектической горизонтали располагается область фазы , с права – твердый раствор - фаза . Таким образом, эвтектика представляет собой смесь двух фаз Э( Поскольку в результате экзотермических химических реакций одновременно кристаллизуются сразу две фазы, происходит выделение тепла, которое компенсирует снижение температуры при охлаждении, поэтому на кривой охлаждения эвтектической реакции соответствует горизонтальный участок bb’ (рис.4).
Окончание эвтектического превращения совпадает с линией солидус, т.е. ниже температуры точки е (b) сплав находится в твердом состоянии.
C охлаждением, у фазы уменьшается период решетки, что приводит к снижению способности серебра растворять в себе медь. Этому соответствует линия сольвус cf на рис.4. Поэтому дальнейшее охлаждение сопровождается выделением из фазы избытка Cu в виде вторичной фазы в зернах - фазы по экзотермической реакции, как показано на рис.5, г.
Таким образом, после полного охлаждения и окончания всех возможных превращений структура сплава (рис.5, г) представлена эвтектикой э(+) и -фазой, в зернах которой располагается вторичная фаза II.
Определение количества и состава фаз при температуре 800 °С. Проводят изотерму mxn. Проекция точки m на ось концентраций X отражает состав фазы (~12 % Cu). Проекция точки n на ось концентраций Xж отражает состав жидкой фазы (~39 % Cu).
Количество фаз определяют по правилу отрезков:
Q=on/mn; Qж= mo / mn,
где Q – количество -фазы, Qж – количество жидкой фазы при температуре 800 °С.
|
Рис.7. Схема определения химического состава и соотношения фаз в сплаве |
