Оглавление:
Основные типы диаграмм состояния
- Основные типы диаграмм состояния Диаграмма состояний (I рода) и с Х О Д н ы е д А Н И Е образуют чисто компонентные механические смеси: оба компонента бесконечно растворимы как в жидком состоянии, так и в твердом. К Л Ю ч е в ы е с Л О В а: химический элемент A, B(K=2). Основа F: жидкость W, Кристалл A, B(f=3). Примером такого типа рисунка является диаграмма состояния сплава Pb-Sb. Диаграмма Pb-Sb основана на использовании кривых охлаждения, полученных в результате термического анализа(рис. 5.1). Система сплавов Pb-Sb включает композиции со 100% RH и 0%Sb, т. е. чистым свинцом, и 100% Sb и 0% RH, т. е. чистой сурьмой.
Кривая охлаждения для этих чистых металлов имеет горизонтальный участок, характеризующий температуру кристаллизации: 327°с для свинца и 631°с для сурьмы, и горизонтальный участок для свинца. respectively. In на диаграмме состояния эти температуры находятся на вертикальной оси, где они содержат как чистый свинец, так и чистую сурьму. Структура чистого металла представляет собой однородные частицы. 170г РВ ры+эвтектика ШБ+ШБ эвтектика эвтектика эвтектика эвтектика Рис 5.1. Диаграмма состояния, кривая охлаждения и структурная схема, когда сплав Pb-Sb полностью охлаждается до комнатной температуры Сплавы, содержащие 13% Sb и 87% PI, также имеют одно горизонтальное сечение, .
то есть одну критическую точку (245 ° C)-температуру затвердевания этого сплава Людмила Фирмаль
Этот сплав характеризуется тем, что в нем происходит одновременная кристаллизация жидкой фазы кристаллов Р и Sb (в общем случае компонентов А и в), образующих механическую смесь. Механическая смесь двух видов (или более) кристаллов, которые кристаллизуются одновременно из такой жидкости, называется эвтектикой. Сам сплав с 13% Sb и 87% P является эвтектическим, а его микроструктура аналогична структуре свинцового основания(рис. 5.1). Принято регистрировать эвтектическую реакцию W — >Pb+Sb, или W->A+B в целом. Кристаллизация любого сплава с 0% < Sb<13% начинается с выделения кристаллов P. 5.1).
Все они называются предварительно эвтектических сплавов и претерпевают эвтектическое превращение при охлаждении при температурах ниже 245 ° C и имеют структуру P+Е (П+СБ) после окончательного охлаждения. 5.1. Эта структура имеет два структурных компонента: кристаллический R и эвтектический E (R + SB). Кристаллизация любого сплава с концентрацией 100% > Sb> > 13% начинается с выделения кристаллов Sb. Эти сплавы также являются 17 1Т Затвердевание в интервале температур-начало и конец затвердевания (например, сплав с 40% Sb, фиг. 5.1). При охлаждении ниже температуры 245 ° С происходит эвтектическое их превращение. Эти сплавы называются эвтектическими и имеют конечную структуру Sb+e (R+Sb) после охлаждения. 5.1.
- Структура трансформаторного эвтектического сплава также является двухфазной (SB и P Кристалл) и состоит из двух структурных компонентов, SB Кристалл и эвтектика эвтектики (PB + SB). Температура 327 ° с — эвтектическая точка 245 ° С-температура 631 ° с только в твердой фазе (кристаллические Р и СБ) — эвтектическая линия (температура 245°С) со стереотаксической линией в точке ее пересечения при 245% Р и 100% СБ; область, где жидкая фаза и твердая фаза сосуществуют одновременно (область с жидкой фазой и твердой фазой) — между жидкой фазой и твердой фазой. Линия, которая граничит с областью жидкой фазы сплава на рисунке, называется Ликвидус. Область сплава, которая полностью затвердевает от остальной части области диаграммы состояния, называется пограничной. Диаграмма состояния сплава с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (II Рода) и шо д н ы е д А Н И Е: оба компонента бесконечно растворимы в твердом и жидком состоянии. К Л Ю ч е в ы е с Л О В а: химический элемент A, B(K=2).
В основе Ф: жидкость ж, твердые решения Хрустальный(Ф=2). Примером сплавов с такими диаграмма состояний представляет собой медно-никелевый сплав. Когда два компонента(А и в) растворяются неопределенно в жидком и твердом состоянии, они затвердевают и образуют собственные кристаллы на основе всех этих компонентов, следовательно, при кристаллизации этих сплавов » — кристаллы твердого раствора высвобождаются, и соответственно, наибольшее количество фаз в этих сплавах составляет две (жидкая и твердая). В этом случае, в соответствии с фазовым правилом, кристаллизация всех сплавов происходит только в температурном диапазоне(кристаллизация при постоянной температуре сплава возможна только в присутствии трехфазного), но была 5.2). 172 стр. 5.2 схема типичной структуры сплава с диаграммой состояния, кривой охлаждения и неограниченной растворимостью в твердом состоянии 5.2) на этом рисунке выделяются три области:
линия АА’в-область над жидкостью; область между линией АА’В и АИ’в-область между жидкостью и твердым раствором. Людмила Фирмаль
Ниже линии A’V находится область твердого раствора. Линия АА тоже является линией ликвидус, а линия з-линия Солидус. Кристаллизация любого сплава начинается с осаждения отдельных кристаллов твердого раствора а из жидкого расплава(например, Точка А’, фиг. Рисунок 5. 2) полное затвердевание готового твердого раствора(например, в точке B’, фиг. Но так как в интервале кристаллизации (например, между точками А’ и в’) фигура. 5.2) сплав находится в двухфазном состоянии (W+a), когда температура должна варьировать соотношение жидкой фазы и твердой фазы в двухфазной области, количество жидкости уменьшается, а количество » -твердого раствора растет. Кроме того, при понижении температуры изменяется также состав жидкой и твердой фаз. Для определения относительного количества каждой фазы и состава фаз в диаграмме состояния любого типа используйте правило отрезка (правило рычага).
Для определения концентрации компонентов в двухфазной области, через заданную точку, характеризующую состояние сплава (состав сплава и температура), горизонтальную линию пересекают с линией, огра. двухфазный nicepeople области. Проекция точки пересечения на концентрационную ось указывает на состав жидкой фазы и твердой фазы. Для определения количественного отношения жидкой фазы к твердой фазе необходимо установить обратно пропорциональное соотношение между точкой, характеризующей состояние сплава, и частью горизонта, образованной между точкой, характеризующей жидкую фазу, и точкой, определяющей состав твердой фазы. Рассмотрим два типа фигур(рис. 5.3), как сегментные правила могут определять количество и состав фаз, например, состояние, соответствующее точке к.
Для того чтобы определить соотношение фазы через точку k и ее состав, проведите горизонтальную линию на пересечении двухфазной области на диаграмме с линией границы(точки I и s, рис. 5.3, а, б). Проекция точки пересечения на концентрационную ось соответствует составу жидкой фазы (проекция точки D-точка I, расположенная на линии Ликвидуса) и твердой фазы (проекция точки s’, рисунок). 5.3, а концентрация 100% Sb и лежит на сплошной линии на рисунке. 5.3, б). Согласно правилу рычага, отрезок горизонтальной линии между точкой k и точкой, определяющей фазовый состав, обратно пропорционален количеству этих фаз, то есть его можно записать.: Q,■sk=Qt ■ Ik; QJQi=Ik/sk,■где Q»Q, соответственно, — количество твердой и жидкой фаз.
Для определения отношения любой фазы (твердой или жидкой) к общему объему сплава Qs+1 используется формула: Qs / Qs+I=Ik / si; Qs=Q., +g Ik/si, где si-общая длина горизонта. Сегментное правило может быть использовано не только для изучения процесса кристаллизации сплава, но и для рассмотрения процессов, протекающих в твердом состоянии. Он применим ко всем двухфазным сплавам, независимо от их агрегатного состояния. Рис 5.3. Применение сегмента правила сплава, формирующего смесь (А) и твердый раствор (б) механически) 174 (рис. 5.2), следует отметить общий интервал кристаллизации жидких сплавов с концентрацией компонентов, соответствующей точке k (45% si+55% Ni) (например, от точки a до точки B’) (рис. 5.3), происходит постоянный выпуск новых кристаллов.
Кроме того, состав первых кристаллов определяется проекцией точки s, которая находится на Солидусе. Разделение новых кристаллов сплава k заканчивается в точке B ’ и имеет состав, который определяется проекцией точки I, когда затвердевает последняя капля жидкости. Когда сплав охлаждается в интервале кристаллизации, состав жидкой фазы изменяется вдоль линии Ликвидуса в соответствии с правилом сегмента, так что твердая фаза изменяется вдоль линии Солидуса. Диаграмма состояния сплава, имеющего ограниченную растворимость компонентов в твердом состоянии (III тип) с эвтектическим превращением и с Х О Д Н Е Д А Н н ы е рис.: оба компонента характеризуются жидкой фазой. К Л Ю ч е в ы е с Л О В а: химический элемент A, B(K=2). F a z s: жидкость W, твердый раствор a (раствор компонента A в B) и P (раствор компонента B В A) (f=3).
Диаграммы этого типа часто представлены как часть комплексной диаграммы широкого спектра промышленных сплавов, таких как Fe-C, Al-Cu и других сплавов. В рассматриваемой системе ограниченная растворимость компонента в твердом состоянии может изменяться, хотя и не может изменяться с изменением температуры. В обоих случаях это показано на рисунке. 5.4 (линии EN и DF, соответственно). В результате получают диаграмму состояния, имеющую двустороннюю ограниченную растворимость компонентов в твердом состоянии. На этом рисунке линия GCH представляет собой линию сжижения, в которой все сплавы имеют однородный жидкий раствор. Линия GEDH-это сплошная линия, ниже которой в сплаве отсутствует жидкая фаза.
В рассматриваемой системе компоненты а и в, соответственно, в области рисунка, расположенной с левой стороны вертикали, образуют твердые растворы а и Р, так что при затвердевании образуется твердый раствор. 175г Рис. 5.4 диаграмма состояния, схема формирования структуры сплава, имеющего кривую охлаждения и эвтектическое превращение с ограниченной растворимостью в твердом состоянии Он сказал, что, как и в этих областях, все сплавы кристаллизуются на расстоянии между ликвидусом и солидусом, потому что этот процесс происходит в любом сплаве в диаграмме состояния II Рода(см. раздел 5.2).
Таким образом, в области слева от линии EN Кристалл твердого раствора а начинает выходить из жидкости(например, для сплава I в точке 1). В интервале кристаллизации сплав имеет двухфазную структуру W+A. После завершения кристаллизации до окончательного охлаждения все эти сплавы имеют однородную твердую структуру раствора. Подобный В сплаве, расположенном в промежутке между проекциями точки F и точки D, первичная кристаллизация происходит в промежутке между ними 176ликид и Солидус действуют аналогично тому, о котором говорилось выше. В то же время эти сплавы имеют однородную структуру Р-твердого раствора (например, сплав IV в интервале между точками 2 и точкой 3) после завершения кристаллизации вплоть до пересечения с линией DF.
При дальнейшем охлаждении этих сплавов (например, Точка 3 или менее сплава IV) до полного охлаждения структуры этих сплавов происходит выделение Р-твердого раствора второй фазы ап (например, сплава IV), на что указывает наклонный характер кривой DF. Однако, поскольку эта система чистых компонентов не может существовать как отдельная фаза (они должны образовывать твердый раствор), образуются избыточные кристаллы компонента а (5.4). Такие избыточные кристаллы выделяются не из жидкой, а из твердой фазы, называемой»Р (вторичный Кристалл)», а процесс выделения новой фазы в твердом состоянии называется вторичной кристаллизацией. Точки E и N характеризуют предельную растворимость компонента в компоненте A, то есть предел растворимости » — эвтектических и твердых растворах при комнатной температуре, а точки D и F компонента A.-
Было обнаружено, что критическая растворимость а-твердого раствора не изменяется с понижением температуры, а критическая растворимость Р-твердого раствора уменьшается с понижением температуры. Точки E и D являются границами линии ED, где происходит эвтектическое преобразование, а точка C-эвтектической точкой. Таким образом, во всех сплавах, расположенных в границах эвтектической линии, происходит эвтектическое превращение, аналогичное тому, которое имеет место на диаграмме состояния I вида (см. 5.2) в этом случае есть единственное отличие, что эвтектика не является механической смесью компонента А и компонента В, А состоит из механической смеси их твердых растворов а и Р. В этом случае эти твердые растворы являются компонентами некоторых сплавов на рисунке-
Измеряется длиной эвтектической линии. Таким образом, эвтектика в данном случае принимает вид e (a+P), а эвтектическая реакция может быть записана как W—>AE+P». Сплав с концентрацией компонентов А и в, соответствующей проекции точки С, то есть сплав с составом точки с, называется эвтектическим. Все сплавы, расположенные между точками С и Е, называются предэвтектическими. Их кристаллизация начинается с выделения кристаллов а-твердого раствора (например, Точка 1 сплава II). В интервале кристаллизации(например, между точками 1 и 2) эти сплавы имеют двухфазную структуру ж+А. Е-линии (например, в точке 2) в пред-эвтектический сплав, эвтектический реакции, таким образом, в случае предварительной эвтектического сплава, вполне законно написать эвтектической реакции в следующем виде: А+Е->А+Е(Ц/. +П). Они будут иметь структуру a+e (a+3) после окончательного охлаждения.
Все сплавы, расположенные между точками C и D, называются гиперэутритами. Их кристаллизация начинается с выделения кристаллов Р-твердого раствора (например, в точке 1 сплава III). В интервале кристаллизации (например, в сплаве III между точками 1 и 2) эти сплавы имеют двухфазную структуру W+R. Однако при дальнейшем охлаждении предэвтектических сплавов в их структуре будут происходить последующие превращения, которые не были предэвтектическими сплавами. Причиной этих преобразований является наклонный характер линии ДФ. Как было показано ранее, при наклонном характере и температуре кривой растворимости компонента B (линия DF), предельная растворимость компонента B, из-за количества yo присутствующего в сплаве, AP назначается из твердого раствора P.
Таким образом, все трансформаторные эвтектические сплавы ниже температуры эвтектического превращения(например, сплав ниже точки 2 III) имеют следующую структуру: P+e (a+P)+эта структура имеет следующую структуру: p, e (a+P) и P (A + P). Диаграмма с Перитектической деформацией и C X o d n e d a n N e: обе части бесконечно растворимы в жидком состоянии, ограниченно-в твердом, они не образуют никаких химических соединений и являются перитектическими анти-178g. К Л Ю ч е в ы е с Л О В а: химический элемент A, B(K=2), f A z s: жидкость W, твердый раствор a и b(f=3) примером такого типа рисунка является диаграмма состояния сплава системы Ag-Pt. Брюшина-это превращение, при котором жидкая фаза заранее взаимодействует с кристаллами осажденного твердого состояния при постоянной температуре, и образуются новые типы кристаллов. Рисунок с перитектическим преобразованием показан на фиг. 5.5.
На рисунке линия ABC является линией liquidus line APDC линией solidus line BD линией perfectionare conversion, а точка R-перитектически точечной. Все сплавы, в которых перитектическая реакция не происходит, то есть те, которые расположены слева от точки B и справа от точки D, такие же, как этот процесс протекает на диаграмме состояния типа II (5.2). Для всех сплавов, расположенных в границах перитектических линий (точки B и D), перитектическая реакция протекает в следующем виде: W4(3—>a. Однако процесс кристаллизации сплава с концентрацией компонентов протекает несколько иначе в проекции точек B, P и D соответственно. Поэтому в сплаве, расположенном между точкой P и точкой D, в интервале между Ликвидусом и Солидусом (например, сплав I между точками 1, 2), раствор кристалла P является первой жидкостью. Рис 5.5.
Диаграмма состояния и кривая охлаждения перитектического сплава 179необходимо для протекания в полном объеме перитектической реакции (ОК+[3 — «а), при охлаждении этих сплавов под линией перитектического превращения(например, под точкой сплава I 2)их структура от точки реакции Р ближе к стороне продукта перитектической, состав сплава становится менее Р-твердым кристаллическим в структуре после реакции и реакции с продуктом п. Все сплавы, расположенные между точками Р и D, после окончательного охлаждения будут иметь двухфазную структуру А-и Р-твердого решение(a+p). Сплав, соответствующий концентрации компонента точки Р, имеет соотношение жидкой фазы W и твердой фазы Р, после перитектической реакции в структуре сплава содержится только фаза а, т. е. полная перитектическая фаза.
В сплаве с концентрацией компонентов интервала между точками B и P кристаллизация интервала между ликвидусом и линией солидуса (например, сплав II между точками 1 и 2) также имеет избыток кристаллов по сравнению с количеством, необходимым для образования кристаллов концентрации а-твердого раствора, соответствующей точке P. Таким образом, перитектическое превращение заканчивается истощением Р-твердого раствора, оставшаяся жидкость между перитектической линией и линией Солидуса (например, сплав II в интервале между точками 2 и 3) кристаллизуется с образованием а-твердого раствора. твердый раствор. Диаграмма состояния (IV тип) и C X O d N s e d a n n N s e: оба компонента бесконечно растворимы в жидком состоянии и нерастворимы в твердом состоянии. К Л Ю ч е в ы е с Л О В а: химические элементы А и в(К=2). F a z s: жидкость W, компонент A, B или кристалл соединения AnBm (f=3).
Соединение может быть стабильным, то есть оно не разлагается при нагревании до тех пор, пока сплав не расплавится. Таким образом, нестабильные соединения разлагаются при нагревании. 1809 5.6 стабильное соединение и диаграмма состояния Рассмотрим диаграмму состояния, в котором содержатся стабильные соединения. Эта цифра показана на рисунке. 5.6 Примером такого типа рисунка является диаграмма состояния сплава mg-CA. Соединение (например,»B») характеризуется определенным соотношением компонентов (например, n% компонента A и t% компонента B).
На оси концентрации компонента (горизонтальной оси) химическое соединение указывает точку, где проходит вертикальная линия, фактически соединение действует как самостоятельный компонент, образуя таким образом эвтектику с компонентом а по реакции. I и II кристаллизация сплава на простом рисунке аналогична кристаллизации сплава, образующего эвтектику чистых компонентов(рис. Таким образом, после окончательного охлаждения эвтектического сплава на I простой диаграмме структура эвтектики э (А+а»Вт), эвтектики е (+а НБМ) эвтектики е (+а НБМ) эвтектика эвтектика е (II) вблизи простая схема); Сэм-тоник сплав я простой схеме-AnBm+э (А+а«Вт) и заэвтектического сплава простой диаграмме-в+э (В + м). Диаграмма состояния сплава, подвергающегося полиморфному превращению и с Х О Д н ы е д а н ы е: оба компонента бесконечно растворимы в жидком состоянии, в то время как механическая смесь в твердом состоянии нерастворима. К Л Ю ч е в ы е с Л О В а: химический элемент:
A, B(K=2). F A z y: жидкость W, твердый раствор a, P(f=3). 181t Я Рис 5.7 диаграмма состояния с полиморфным превращением При полиморфной деформации сплава происходит перекристаллизация существующей твердой фазы, которая подчиняется тому же закону, определяющему процесс кристаллизации из жидкого состояния. Если один или оба компонента имеют полиморфизм, то сплавы этих компонентов претерпевают полиморфные превращения в твердом состоянии. В этом случае диаграмма состояния становится «слоистой», причем верхний слой диаграммы представляет собой первичную кристаллизацию из жидкости, а нижняя часть диаграммы-вторичную (или перекристаллизованную), то есть первичную кристаллизацию с другой кристаллической решеткой. В общем случае тип фигуры рассматриваемого случая зависит от того, какая фаза образуется в сплаве при полиморфном превращении. Различные варианты.
И если два наиболее характерных случая (рис. 5.7, а, б). В первом случае (рис. 5.7, а) компонент А имеет анизотропные модификации АА и АР, которые имеют компоненты в двух твердых растворах а и Р. Диаграммы состояний содержат ограниченный твердый раствор, и существует по крайней мере одна дополнительная фаза (некоторая дополнительная фаза), возникающая из-за экстремальной растворимости компонентов в твердом растворе, находящемся на границе (ах) горизонтальной линии эвтектического (эвтектоидного) превращения (ов), ее появление обусловлено гиперсолутабельностью (АМИ) твердого раствора при понижении температуры сплава. В общем, состав этой избыточной фазы, эвтектической (эвтектоидной), если учесть, что это фаза, всегда находящаяся на противоположном конце линии превращения, можно легко определить.
Эта дополнительная фаза обычно обозначается соответствующим показателем степени (AP, p)P и т. д.) Указывает на его выделение при разделении кристаллов новой фазы в твердом состоянии, т. е. при перекристаллизации, а не при первичной кристаллизации. Эвтектика на диаграмме и соответствующий ограниченный твердый раствор при наличии как минимум одного эвтектоидного превращения, так и в полосе пропускания каждого из этих превращений). При этом принцип определения конфигурации каждой избыточной фазы в соответствующей иерархии остается тем же, что и в одноуровневой системе. 3. Для того чтобы определить количество фаз и структурных компонентов, присутствующих в структуре сплава при определенной температуре на диаграмме состояния, необходимо исходить из следующих положений.
Если твердый раствор не образуется на основе этих компонентов и их соединений, то при образовании х и М И Ч Е С К и Н и компонентов и твердого раствора на основе их соединений на них, Ф А А и я т с я в ТВ и я Й Т с я и я т с Механические смеси компонентов сплава 185, их соединения или их твердые растворы образуются в результате эвтектических (эвтектоидных) или перитектических реакций, и в Л И Й Т Ы я это не я. Кроме того, ч и СЛ у С Т Р К Т У р н ы х, л и у щ и Х О Т н о С и я все Ф А Сы(в р и ч н ы е, тр ети ч н ы е и др.).) Появляются в сплаве при перекристаллизации в твердом состоянии (например, AP, RH).
Смотрите также:
| Неравновесная кристаллизация и перекристаллизация сплавов | Пути упрочнения сталей и сплавов |
| Связь между свойствами сплавов и типом диаграмм состояния | Условия и методика построения диаграмм состояния |
