Файл: Praktikum матеріалознавство.doc

Нижче від неї до точки 10 (до кімнатної температури) проходить вторинна кристалізація – розпад перенасиченого -твердого розчину з виділенням вторинних кристалів _II. Водночас відбувається розпад -твердого розчину, що входить до складу евтектики, з виділенням вторинних кристалів _II.. Але вторинні кристали  _II i _II не утворюють нових окремих структурних складових, а виділяються на вже існуючих тих же фазах евтектики. Тому остаточна структура цього сплаву III, як і будь-якого іншого доевтектичного сплаву, має всього дві складові: первинні кристали -фази та евтектику (+), як показано на рис.4.7.

Рис.4.7. Схема мікроструктури сплаву доевтектичного складу.

Кристалізація будь-якого заевтектичного сплаву відбувається аналогічно, лише  - і -фази міняються місцями.

3.2. Діаграми стану з перитектичним перетворенням (рис.4.8)

Цей варіант діаграми реалізується тоді, коли температури кристалізації компонентів дуже відрізняються.

Лінія ліквідусу – CPD, солідусу – CNPD, сольвусу – NR I MQ.

Діаграма має три однофазні області: рідкого розчину (вище від лінії ліквідусу), -фази (ACNRA), -фази (QMDBQ) та три двофазні – рідини та кристалів  (CNPC), рідини та кристалів  (MPDM), кристалів - і -твердих розчинів (RNMQR). В останній області можна виділити окремо області RNN¹R з -фазою та вторинними кристалами _II - (+_II) і MQM¹M (+_II).

На лінії NMP відбувається перитектичне перетворення: рідина та кристали, що раніше виділилися з неї, у взаємодії між собою утворюють нову тверду фазу: Р_Р+_N_M. (читається: рідина складу точки Р і кристали -фази складу точки N перетворюються на кристали -фази складу точки М). Остання реакція перитектичного перетворення відбувається з повним використанням двох вихідних фаз лише для одного сплаву – складу точки М_I. Для будь-якого іншого сплаву одна з вихідних фаз буде надлишковою і частина її залишиться після перитектичного перетворення. Так, для будь-якого сплаву, що лежить між точками N і M (наприклад, сплаву III), надлишковою фазою буде -фаза, а для сплавів між точками M і P (наприклад, сплавів IV i V) надлишковою фазою буде рідина.

Рис.4.8. Діаграма стану системи з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані і перитектичним перетворенням

Структура сплаву III після повного охолодження складатиметься з кристалів -фази, що утворилися при перитектичному перетворенні, та кристалів -фази, що вціліли при перитектичному перетворенні (рис.4.9, а). При охолодженні цього сплаву від точки 8 до точки 9 з цих фаз виділяються вторинні кристали (відбувається вторинна кристалізація: _II ; _II ), але нові структурні складові, як це було зазначено раніше, не утворюються.

В сплаві IV при охолодженні від точки 1 до точки 2 з рідини виділяються первинні кристали -твердого розчину, склад яких змінюється по лінії солідусу від точки 6 до точки N. Водночас склад рідини змінюється вздовж лінії ліквідусу від точки 1 до точки Р. На лінії NM фази такого складу взаємодіють між собою за перитектичною реакцією з утворенням -фази. Після перитектичного перетворення в точці 2 залишиться в надлишку рідка фаза і при охолодженні від точки 2 до точки 3 з неї виділяються вже первинні кристали -твердого розчину. При охолодженні сплаву IV від точки 3 до точки 4 матимемо однофазний -твердий розчин, в якому ніяких змін не буде. В точці 4 -твердий розчин стає гранично насиченим компонентом А і при подальшому його охолодженні в інтервалі температур 4-5 відбувається вторинна кристалізація з виділенням кристалів _II (рис.4.9, б)

Рис.4.9. Схеми мікроструктур сплавів III (а) і IV (б) (рис.4.8)

4. Діаграми стану систем з хімічними сполуками

У подвійних системах можуть утворюватись хімічні сполуки між компонентами загальною формулою А_mB_n. Найчастіше ці хімічні сполуки утворюються безпосередньо з рідини: РА_m B_n

Конкретний вигляд діаграми визначається взаємодією її компонентів, передусім розчинністю їх у твердому стані, а також наявністю певних перетворень. При цьому хімічна сполука розглядається як окремий компонент. На рис. 4.10 показані два можливих варіанти: а – з відсутністю розчинності компонентів у твердому стані і б – з утворенням обмежених твердих розчинів на основі як чистих компонентів, так і хімічної сполуки — -, - і -фаз.

Рис.4.10. Діаграми стану систем з хімічними сполуками

Систему, діаграма стану якої зображена на рис. 4.10, а, можна розглядати як сукупність двох систем з компонентами А і А_mB_n та B і A_mB_n.. Ці дві системи розділені вертикаллю FK. У кожній з підсистем утворюється власна евтектика – Е₁ як суміш двох фаз – (А + А_mB_n) і Е₂ ( В+ А_mB_n). Кристалізація і формування структур, наприклад, сплавів I, II, III, IV відбувається аналогічно тим, що були розглянуті нами в п.2 та на рис.4.3 цієї лабораторної роботи.

Для систем, діаграма стану яких показана на рис.4.10, б, характерним є утворення обмежених твердих розчинів: твердого розчину хімічної сполуки A_mB_n в компоненті А — -фази; твердого розчину хімічної сполуки в компоненті В — -фази та твердих розчинів компонентів А і В в хімічній сполуці – відповідно ₁-фази і ₂-фази. Зазвичай ці тверді розчини ₁ і ₂ розглядаються як один твердий розчин — -фаза. Тому на діаграмі (роис.4.10, б) область FIMLHF розглядається як однофазна з твердим розчином . Пунктирна лінія FF¹ ділить цю область на дві частини: ліворуч від неї -фазу можна вважати твердим розчином компонента А в хімічній сполуці A_mB_n, праворуч – твердим розчином компонента В в цій же сполуці.

Евтектики в цій системі складаються з суміші кристалів твердих розчинів:

Е₁(+), Е₂(+)

Кристалізація сплавів і формування остаточних структур в цій системі відбувається аналогічно розглянутих в п.3.1 і на рис.4.5 цієї лабораторної роботи.

5. Діаграми стану систем з поліморфними компонентами.

Поліморфні перетворення одного або обох компонентів сплаву суттєво змінюють його структуру і властивості . Такі перетворення є в багатьох промислових сплавах, наприклад, сплавах заліза, титану та ін.

Конкретний вигляд діаграми стану визначається не тільки взаємодією компонентів, а і їх поліморфних модифікацій. Крім того важливу роль відіграє наявність або відсутність взаємної розчинності компонентів та їх поліморфних модифікацій у твердому стані. Тому діаграми стану з поліморфними компонентами надзвичайно численні. Розглянемо тільки одну систему, в якій обидва компоненти є поліморфними і їх високотемпературні модифікації (А_ і В_) утворюють неперервний ряд -твердих розчинів (рис.4.11), а низькотемпературні А_ і В_ - обмежені - і ¹- тверді розчини.

Лінії KE і EL, на яких починається перетворення -твердого розчину, перетинаються в одній точці Е, яка називається евтектоїдною, а лінія GEH — лінією евтектоїдного перетворення: _Е(_G+¹_H) (читається: твердий розчин  складу точки Е розкладається на суміш двох фаз — твердого розчиу  складу точки G і твердого розчину ¹ складу точки Н.

Рис.4.11. Діаграма стану системи, компоненти якої мають поліморфні перетворення.

Лінії GF i HI на діаграмі стану є лініями сольвусу.

Сплави в інтервалі між точками G і E називаються доевтектоїдними, а сплави в інтервалі між точками E і H — заевтектоїдними. Схеми структур цих сплавів зображуються аналогічно тим, які зображені на рис.4.4.

Завдання на роботу.

1. Уважно вивчити теоретичний матеріал, викладений у цих методичних вказівках і в лекціях.

2. Зробити аналіз діаграми стану у відповідності з таблицею 4.1:

• дати загальне визначення системи, представленої на рис.3.12

• описати процес кристалізації заданого сплаву з температури рідкого стану до кімнатної;

• показати криву охолодження заданого сплаву;

• визначити, які фази та які структурні складові будуть у Вашому сплаві при кімнатній температурі;

• визначити кількість цих фаз та структурних складових при кімнатній температурі;

• показати схему структури сплаву при кімнатній температурі.