Диаграммы состояния двойных сплавов

 

При охлаждении в сплавах происходят изменения, образуются новые фазы (твердые, жидкие), структуры. Эти изменения можно проследить на основе анализа диаграмм состояния, которые строятся по кривым охлаждения, и нами не рассматриваются.

Диаграммой состоянияназывают графическое изображение, показывающее в состоянии равновесия фазовый состав и структуру сплава в зависимости от концентрации и температуры. Рассмотрим основные диаграммы состояния двойных сплавов.

 

Диаграммой состояния I рода (типа) характерна для сплавов, компоненты которых образуют механические смеси, при незначительной взаимной растворимости (рисунок 13). Слева направо по оси абсцисс откладывается процентная доля компонента В в сплаве. Процентная доля компонента А увеличивается в противоположном направлении оси абсцисс. Часто ее не показывают, а подразумевают. По оси ординат откладывают значения температуры. Компоненты А и В для этого типа диаграмм взаимно растворяются только в жидком состоянии, а в твердом состоянии не растворяются и не образуют химических соединений. Линия АCВ, выше которой сплавы находятся в жидком состоянии, называется линией ликвидус. Линия DCE, ниже которой сплавы находятся в твердом состоянии, называется линией солидус. Между линиями ликвидус и солидус сплавы переходят из жидкого состояния в твердое.

Сплав двух компонентов, который плавится при минимальной температуре, называется эвтектикой, или эвтектическим. Эвтектика представляет собой тонкую механическую смесь компонентов в составе А и В. Процентное соотношение компонентов в составе сплава можно определить, опустив перпендикуляр из точки С на ось абсцисс. При охлаждении эвтектических сплавов оба компонента одновременно из жидкого состояния кристаллизируются в твердое.

Левее от эвтектики сплавы называются доэвтектическими, правее - заэвтектическими. У доэвтектических сплавов область AСD содержит жидкую фазу Ж и кристаллы компонента А. Заэвтектические сплавы в области СBE содержат жидкую фазу Ж и кристаллы компонента В. Ниже линии солидус в области DCB_э, доэвтектические сплавы в твердом состоянии содержат компонент А и эвтектику (А+В), заэвтектические в области CEB_э, компонент В и эвтектику (А+В).

Диаграмма состояния II рода характерна для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов друг в друге, имеющих одинаковые типы кристаллических решеток (рисунок 14).

Диаграмма содержит область жидкой фазы Ж, двухфазную область +Ж, область твердой фазы . Фаза представляет твердый раствор компонентов А и В, а зерна (кристаллиты) имеют общую кристаллическую решетку.

Диаграммы состояния III рода характерны для сплавов с ограниченной растворимостью (рисунок 15).

 

Линия ADB является линией ликвидус, а линия ACDEB – линией солидус. Фаза α является твердым раствором компонента В в компоненте - растворителе

А, а фаза ß - твердым раствором компонента А в компоненте - растворителе В. Эвтектика для рассматриваемой диаграммы представляет собой механическую смесь мелкозернистых фаз α и ß, и кристаллизуется на линии CDE при наименьшей для данной системы температуре.

Линия CF показывает предельную растворимость компонента В в компоненте А, а линия ЕК – предельную растворимость компонента А в компоненте В. Ниже линии CF из α - фазы начинают выделяться атомы компонента В, образуя вторичные кристаллы ß_II ß-твердого раствора. Аналогично, ниже линии ЕК из ß-фазы выделяются атомы компонента А, образуя вторичные кристаллы α_II α- твердого раствора. Структуры доэвтектических и заэвтектических сплавов ниже линии СЕ трехфазные (рисунок 15).

Диаграмма состояния IV рода относится к сплавам, в которых компоненты сплавов образуют устойчивые химические соединения А_mB_n (рисунок 16). Эти соединения (интерметаллы) выступают в роли самостоятельного третьего компонента, способного образовывать сплавы с каждым из исходных компонентов.

Химическое соединение А_mB_n образует с компонентами А и В сплавы, для которых характерны диаграммы состояния I рода.

Тип диаграммы состояния предопределяет характер изменения свойств сплава. Для механических смесей (диаграмма состояния I рода) прочность и удельное электрическое сопротивлении сплавов изменяется по линейному закону от компонента А к компоненту В (рисунок 17,а). Для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии (диаграмма состояния II рода) эти свойства изменяются по нелинейному закону, и могут имеют максимум (рисунок 17,б) или минимум. В результате прочность и удельное электрическое сопротивление у твердых растворов могут быть выше, чем у чистых компонентов.

Для сплавов с диаграммой состояния III рода в области однофазных твердых растворов свойства изменяются по нелинейному закону, а в области механической смеси твердых растворов  по линейному закону (рисунок17,в).

Для сплавов и компонентов, образующих химическое соединение, максимальные значения прочности и удельного электрического сопротивления имеет место при концентрации компонентов, соответствующих химическому соединению (рисунок 17,г).

Таким образом, при известном характере взаимодействия между компонентами и роде (типе) диаграммы состояния сплава возможен выбор процентного состава сплава, обеспечивающего заданные физико-механические свойства.