Описание диаграммы

Полученная диаграмма состояния относится к диаграммам первого типа. Этот тип диаграмм описывает случай сплавообразования, когда оба компонента сплава в жидком состоянии обладают неограниченной взаимной растворимостью, а в твердом состоянии – нерастворимы, не имеют аллотропических превращений и не образуют химических соединений. Линия АСВ на диаграмме отвечает температуре начала затвердевания сплавов данной системы и называется линией ликвидус. При температурах, лежащих выше этой линии, все сплавы находятся в жидком состоянии и представляют собой жидкий раствор.

Рис. 3. Кривые охлаждения сплавов системы А-В.

 

Линия ДЕ соответствует температуре конца затвердевания сплавов и называется линией солидус. Очевидно, что при температурах, расположенных ниже этой линии, все сплавы находятся в твердом состоянии.

При кристаллизации сплавов выделяющаяся твердая фаза обычно отличается по химическому составу от жидкого раствора. В связи с этим химический состав жидкого раствора по мер выделения из него твердой фазы будет непрерывно меняться, что неизбежно повлечет за собой и изменение температуры его затвердевания.

Очевидно, что в этих условиях кристаллизация сплавов должна протекать в определенном интервале температур. Однако существуют сплавы, которые, как и чистые металлы, кристаллизуются при одной определен­ной температуре. В этом случае из жидкого раствора выделяются одно­временно кристаллы исходных компонентов, и средний состав твердой фазы соответствует химическому составу исходного жидкого металла. Такие сплавы называются эвтектическими, а образующаяся в ходе кристаллизации тонкодисперсная механическая смесь (в нашем случае кристаллов компонентов А и В) - эвтектикой.

Эвтектический сплав имеет строго определенный химический состав и наименьшую температуру кристаллизации по сравнению с другими сплава­ми данной системы. В нашем примере эвтектическим является сплав III, содержащий 40% компонента В.

Пользуясь диаграммами состояния, можно определить для любого сплава системы количество и состав фаз при любой температуре. С этой це­лью необходимо провести через точку, соответствующую заданной температуре, горизонтальную линию до пересечения с ближайшими линиями на диаграмме (рис.3). Проекция точки пересечения температурной гори­зонтали с линией ликвидус на ось концентраций укажет химический сос­тав жидкой фазы, а проекция точки пересечения с линией солидус или осями ординат – химический состав выделяющейся при кристаллизации твердой фазы.

В случае эвтектического сплава температурная горизонталь, проведенная через точку С, совпадает с линией солидус, которая пересекается с осями ординат диаграммы. Это означает, что в процессе кристаллизации эвтектического сплава III одновременно образуются кри­сталлы компонента А и кристаллы компоненте В. Таким образом, сплав III сразу после окончания кристаллизации (точка С диаграммы) будет сос­тоять из кристаллов исходных компонентов.

Дальнейшее охлаждение сплава III не вызывает в нем превращений, что наглядно отображается диаграммой. Действительно, вертикаль, отвечающая эвтектическому сплаву III,ниже линии солидус не пересечет ни одну из линий диаграммы.

Следовательно, при любой температуре ниже точки С, в том числе и при комнатной температуре, сплав III будет представлять собой тонкодисперсную механическую смесь зерен компонентов А и В, которая, как уже указывалось, называется эвтектикой. Структуре эвтектического сплава приведена на рис. 1 приложения. Сплавы, расположенные левее точки С, называются сплавами доэвтектическими, правее – заэвтектическими.

Рассмотрим процесс кристаллизации доэвтектического сплава II (рис. 3). При охлаждении сплава, когда его температура достигает критической точки b, расположенной на линии ликвидус, начинается процесс кристаллизации. Для установления химического состава выделяющихся кристаллов через точку b проведем температурную горизон­таль. Как видно из рис. 3, температурная горизонталь bb' пересекает ось ординат диаграммы. Это означает, что при температуре, отвечающей точке b, начинают выделяться из жидкого раствора кристаллы ком­понента А.

Охладим сплав II до температуры, соответствующей точке р и определим количество и химический состав фаз, наблюдающихся в сплаве при этой температуре.

Температурная горизонталь, проведенная че­рез точку р, пересекает с одной стороны линию ликвидус, с другой - ось ординат диаграммы. В связи с этим сплав при температуре, соот­ветствующей точке р, будет состоять из жидкого раствора и кристаллов компонента А. Для определения химического состава жидкого раствора спроектируем точку q пересечения температурной горизонтали с линией ликвидус на ось концентраций.

Проекция точки q будет соответствовать химическому составу жидкой фазы сплава II при температуре, отвечающей точке р.

Пользуясь правилом обратных отрезков, можно определить и коли­чественное соотношение фаз при заданной температуре.

Длина отрезка eq на диаграмме плавкости пропорциональна весу сплава II, а длина отрезков m и m₁ - количеству (соответственно) жидкой и твердой фазы при температуре, отвечающей точке р.

Совершенно очевидно, что по мере охлаждения в процессе кристал­лизации сплава II состав жидкой фазы непрерывно изменяется по линии ликвидус от точки b до точки с, т.е. постепенно приближается к химическому составу эвтектического сплава. При температуре точки с, расположенной на линии солидус, химический состав жидкой фазы будет точно соответствовать химическому составу эвтектического сплава. По­этому, затвердевая, оставшийся жидкий раствор превратится в эвтектику.

Из вышеизложенного следует, что при исследовании микрострукту­ры сплава II, так же как и любого доэвтектического сплава, будут наблюдаться зерна компонента А, которые выделились в процессе затвер­девания из жидкого растворе в интервале температур между линиями ликвидус и солидус диаграммы, и эвтектика, заполняющая пространство между этими зернами.

Следует отметить, что рассмотренные превращения обратимы. В процессе медленного нагрева сплавов при соответствующих критичес­ких температурах будут происходить обратные превращения. Например, в процессе нагреве сплава II при температуре, соответствующей точке b₁, происходит образование жидкого раствори из эвтектики. В ин­тервале температур от точки b₁ до точки b происходит растворение кристаллов компонента А.