ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 148
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
с расслоением жидкой фазы и наличием монотектического превращения. Фазовые превращения в сплавах при нагреве и охлаждении. Фазовые и структурные составляющие сплавов.
Свойства сплава зависят от многих факторов, но прежде всего они определяются составом фаз и их количественным соотношением. Эти сведения можно получить из анализа диаграмм состояния сплавов.
Диаграмма состояния – это графическое изображение состояния сплавов. Зная диаграмму состояния, можно представить полную картину формирования структуры любого сплава, выбрать режимы литья, термической обработки и обработки давлением.
Экспериментальное построение диаграмм состояния возможно благодаря тому, что любое фазовое превращение сплава отмечается изменением различных свойств (электросопротивления, удельного объёма и т.д.) либо тепловым эффектом.
Диаграммы строят для равновесного состояния сплавов, которое соответствует минимальному значению свободной энергии системы. Такое состояние достигается при малых скоростях охлаждения или нагрева.
Диаграммы состояния сплавов строят в координатах "концентрация компонентов – температура". Температуру откладывают по оси ординат, а концентрацию компонентов – по оси абсцисс. Причем слева направо увеличивается количество компонента В, а справа налево – компонента А. Таким образом, в начале координат находится чистый компонент А (абсцисса равна нулю – содержание компонента В = 0%); при значении абсциссы, равному 100%, имеем чистый компонент В. Общее содержание компонентов в сплаве равно 100%, каждая точка на оси абсцисс соответствует определенному содержанию обоих компонентов.
При построении диаграмм состояния обычно используют метод термического анализа. Данный метод заключается в построении кривых охлаждения сплавов известного состава в координатах «температура – время», и по остановкам и перегибам на этих кривых, вызванными тепловым эффектом превращений, определяют критические точки сплава – температуры, при которых происходят структурные превращения в сплавах. Затем строят диаграммы состояния так, как было описано выше.
Рисунок 10. Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов и кривая охлаждения
Компоненты: A и B. Фазы: жидкий раствор L и твердый раствор
.
Если два компонента неограниченно растворяются в жидком и твердом состояниях, то возможно существование только двух фаз – жидкого раствора L и твердого раствора ; трёх фаз быть не может. Кристаллизация при постоянной температуре не наблюдается и горизонтальной линии на диаграмме нет. Верхняя линия – ликвидус, нижняя - солидус. Выше линии ликвидус все сплавы находятся в жидком состоянии, ниже солидуса – в твердом (кристаллическом).
Описание кривой охлаждения: выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии (жидкий раствор L). В точке 1 отмечается перегиб – начало кристаллизации, в точке 2 снова отмечается перегиб – окончание кристаллизации. Между точками 1 и 2 система состоит из жидкого расплава L и твёрдой фазы в виде кристаллов . Ниже точки 2 происходит полное охлаждение сплава – твёрдого раствора .
Рисунок 11. Диаграмма состояния сплава с ограниченной растворимостью и наличием эвтектики и кривая охлаждения для сплава состава 20%B и 80%A
Компоненты: A, B. Фазы: жидкий раствор L и твердые растворы и 
.
В сплавах такого рода возможно существование жидкой фазы L, твердого раствора компонента В в компоненте А - α- твердый раствор и твердого раствора компонента А в компоненте В – β-твердый раствор. В таких сплавах возможно нонвариантное равновесие при одновременном существовании трех фаз: L, α., β. В этой системе не образуются фазы, представляющие собой чистые компоненты. Из жидкости могут выделяться только твердые растворы α и β.
Около вертикалей А и В находятся области существования твердых растворов α и β (области АDF и BEG). Предельная растворимость компонента В в компоненте А определяется линией DF, а предельная растворимость А в В – линий EG. Сплавы, находящиеся между этими двумя линиями, находятся за пределами растворимости и являются двухфазными, состоящими из фаз
α и β. Линия АСВ является на этой диаграмме линией ликвидуса, АDСЕВ – солидуса. Линия DСЕ – линия эвтектических превращений, С – тройная точка.
Тройная точка – точка на фазовой диаграмме, где сходятся три линии фазовых переходов.
Эвтектическая точка – нонвариантная (при постоянном давлении) точка в системе из n компонентов, в которой находятся в термодинамическом равновесии n твёрдых фаз и жидкая фаза. Жидкая эвтектика представляет собой раствор или расплав, кристаллизующийся при температуре более низкой, чем температура кристаллизации каждого из веществ, входящих в состав смеси. Соответственно, температура плавления твёрдой эвтектики — самая низкая для данной смеси компонентов. Это явление как раз и отражает этимология термина.
Описание кривой охлаждения: выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии. В точке 1 начинается выделение кристаллов твердого раствора α. В точке 2 кристаллизация заканчивается. Эти кристаллы не претерпевают изменений до точки 3, т.е. наблюдается простое охлаждение сплава. Ниже точки 3 твердый раствор α является пересыщенным и из него начинают выделяться избыточные кристаллы – βII -твердого раствора, которые называются вторичными. Вторичными они называются потому, что процесс кристаллизации протекает в твердой фазе. Кристаллизацию из жидкой фазы называют первичной, соответственно кристаллы - первичные.
Линия ЕG, в отличие от линии DF, изображена вертикальной, т.е. растворимость А в В не зависит от температуры. Поэтому вторичных αII- кристаллов нет.
Компоненты: A и B. Фазы: L,
, β.
В сплавах такого рода возможно существование: жидкой фазы L, твердого раствора компонента B в компоненте A – α-твердый раствор, твердого раствора компонента A в компоненте B – β-твердый раствор.
При эвтектическом превращении жидкость кристаллизуется с образованием двух твердых фаз. Возможен и другой тип нонвариантного превращения (трехфазного равновесия), когда жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами и образует новый вид кристаллов L+ β→ α. Реакция подобного типа называется перитектической. Диаграмма с перитектическим превращением показана на рисунке 12. На диаграмме показаны три однофазные области: жидкость L и ограниченные твердые растворы α и β.
Линия ABC является линией ликвидус, линия APDB— линией солидус.
Рисунок 12. Диаграмма состояния сплава с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии и перитектическим превращением
Рисунок 13. Кривые охлаждения
Описание кривой охлаждения I: кристаллизация начинается в точке 1, когда из жидкости выпадают кристаллы β-раствора состава точки b. Затем по мере снижения температуры жидкость меняют свою концентрацию по линии ликвидус от точки 1 до точки G, а кристаллы β – по линии солидус от точки b до точки D. По достижении перитектической горизонтали CPD состав жидкости будет отвечать точке C, а состав кристаллов – точке D. Эти обе фазы реагируют и дают третью фазу α, концентрация которой определяется точкой P – третьей точкой на горизонтали. Количественное соотношение фаз при перитектической реакции, необходимое для образования α-фазы, определяется по правилу отрезков соотношением:
Количество β = CP
Количество L=PD
В рассматриваемом же сплаве количество участвующих в перитектической реакции кристаллов β и жидкости определяется соотношением:
Количество β = C2
Количество L= 2D
т. е. в данном сплаве имеется избыток β-фазы по сравнению с тем количеством, которое необходимо для образования α-кристаллов. Поэтому по окончании реакции в избытке остаются β-кристаллы. Следовательно, в структуре будут продукты перитектической реакции (т. е. α-кристаллы) и оставшиеся избыточные первичные β-кристаллы. Чем ближе точка 2 лежит к точке P, тем меньше в реакции остается избыточных β-кристаллов.
Для сплава, отвечающего по концентрации точке Р, соотношение реагирующих при перитектическом превращении жидкости и β-кристаллов таково, что оно как раз достаточно для образования α-кристаллов предельной концентрации.
На рис. а показана кривая охлаждения сплава I. Для перитектической кристаллизации (средняя схема) характерно то, что новая α-фаза появляется на границе реагирующей друг с другом жидкости и β-кристаллов. Для сплава I перитектической реакцией заканчивается процесс кристаллизации.
Свойства сплава зависят от многих факторов, но прежде всего они определяются составом фаз и их количественным соотношением. Эти сведения можно получить из анализа диаграмм состояния сплавов.
Диаграмма состояния – это графическое изображение состояния сплавов. Зная диаграмму состояния, можно представить полную картину формирования структуры любого сплава, выбрать режимы литья, термической обработки и обработки давлением.
Экспериментальное построение диаграмм состояния возможно благодаря тому, что любое фазовое превращение сплава отмечается изменением различных свойств (электросопротивления, удельного объёма и т.д.) либо тепловым эффектом.
Диаграммы строят для равновесного состояния сплавов, которое соответствует минимальному значению свободной энергии системы. Такое состояние достигается при малых скоростях охлаждения или нагрева.
Диаграммы состояния сплавов строят в координатах "концентрация компонентов – температура". Температуру откладывают по оси ординат, а концентрацию компонентов – по оси абсцисс. Причем слева направо увеличивается количество компонента В, а справа налево – компонента А. Таким образом, в начале координат находится чистый компонент А (абсцисса равна нулю – содержание компонента В = 0%); при значении абсциссы, равному 100%, имеем чистый компонент В. Общее содержание компонентов в сплаве равно 100%, каждая точка на оси абсцисс соответствует определенному содержанию обоих компонентов.
При построении диаграмм состояния обычно используют метод термического анализа. Данный метод заключается в построении кривых охлаждения сплавов известного состава в координатах «температура – время», и по остановкам и перегибам на этих кривых, вызванными тепловым эффектом превращений, определяют критические точки сплава – температуры, при которых происходят структурные превращения в сплавах. Затем строят диаграммы состояния так, как было описано выше.
-
Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
Рисунок 10. Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов и кривая охлаждения
Компоненты: A и B. Фазы: жидкий раствор L и твердый раствор
.Если два компонента неограниченно растворяются в жидком и твердом состояниях, то возможно существование только двух фаз – жидкого раствора L и твердого раствора
; трёх фаз быть не может. Кристаллизация при постоянной температуре не наблюдается и горизонтальной линии на диаграмме нет. Верхняя линия – ликвидус, нижняя - солидус. Выше линии ликвидус все сплавы находятся в жидком состоянии, ниже солидуса – в твердом (кристаллическом).Описание кривой охлаждения: выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии (жидкий раствор L). В точке 1 отмечается перегиб – начало кристаллизации, в точке 2 снова отмечается перегиб – окончание кристаллизации. Между точками 1 и 2 система состоит из жидкого расплава L и твёрдой фазы в виде кристаллов
. Ниже точки 2 происходит полное охлаждение сплава – твёрдого раствора .-
Диаграмма состояния сплава с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии и наличием эвтектического превращения
Рисунок 11. Диаграмма состояния сплава с ограниченной растворимостью и наличием эвтектики и кривая охлаждения для сплава состава 20%B и 80%A
Компоненты: A, B. Фазы: жидкий раствор L и твердые растворы
и .В сплавах такого рода возможно существование жидкой фазы L, твердого раствора компонента В в компоненте А - α- твердый раствор и твердого раствора компонента А в компоненте В – β-твердый раствор. В таких сплавах возможно нонвариантное равновесие при одновременном существовании трех фаз: L, α., β. В этой системе не образуются фазы, представляющие собой чистые компоненты. Из жидкости могут выделяться только твердые растворы α и β.
Около вертикалей А и В находятся области существования твердых растворов α и β (области АDF и BEG). Предельная растворимость компонента В в компоненте А определяется линией DF, а предельная растворимость А в В – линий EG. Сплавы, находящиеся между этими двумя линиями, находятся за пределами растворимости и являются двухфазными, состоящими из фаз
α и β. Линия АСВ является на этой диаграмме линией ликвидуса, АDСЕВ – солидуса. Линия DСЕ – линия эвтектических превращений, С – тройная точка.
Тройная точка – точка на фазовой диаграмме, где сходятся три линии фазовых переходов.
Эвтектическая точка – нонвариантная (при постоянном давлении) точка в системе из n компонентов, в которой находятся в термодинамическом равновесии n твёрдых фаз и жидкая фаза. Жидкая эвтектика представляет собой раствор или расплав, кристаллизующийся при температуре более низкой, чем температура кристаллизации каждого из веществ, входящих в состав смеси. Соответственно, температура плавления твёрдой эвтектики — самая низкая для данной смеси компонентов. Это явление как раз и отражает этимология термина.
Описание кривой охлаждения: выше точки 1 сплав находится в жидком состоянии. В точке 1 начинается выделение кристаллов твердого раствора α. В точке 2 кристаллизация заканчивается. Эти кристаллы не претерпевают изменений до точки 3, т.е. наблюдается простое охлаждение сплава. Ниже точки 3 твердый раствор α является пересыщенным и из него начинают выделяться избыточные кристаллы – βII -твердого раствора, которые называются вторичными. Вторичными они называются потому, что процесс кристаллизации протекает в твердой фазе. Кристаллизацию из жидкой фазы называют первичной, соответственно кристаллы - первичные.
Линия ЕG, в отличие от линии DF, изображена вертикальной, т.е. растворимость А в В не зависит от температуры. Поэтому вторичных αII- кристаллов нет.
-
Диаграмма состояния сплава с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии и перитектикой
Компоненты: A и B. Фазы: L,
, β.В сплавах такого рода возможно существование: жидкой фазы L, твердого раствора компонента B в компоненте A – α-твердый раствор, твердого раствора компонента A в компоненте B – β-твердый раствор.
При эвтектическом превращении жидкость кристаллизуется с образованием двух твердых фаз. Возможен и другой тип нонвариантного превращения (трехфазного равновесия), когда жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами и образует новый вид кристаллов L+ β→ α. Реакция подобного типа называется перитектической. Диаграмма с перитектическим превращением показана на рисунке 12. На диаграмме показаны три однофазные области: жидкость L и ограниченные твердые растворы α и β.
Линия ABC является линией ликвидус, линия APDB— линией солидус.
Рисунок 12. Диаграмма состояния сплава с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии и перитектическим превращением
Рисунок 13. Кривые охлаждения
Описание кривой охлаждения I: кристаллизация начинается в точке 1, когда из жидкости выпадают кристаллы β-раствора состава точки b. Затем по мере снижения температуры жидкость меняют свою концентрацию по линии ликвидус от точки 1 до точки G, а кристаллы β – по линии солидус от точки b до точки D. По достижении перитектической горизонтали CPD состав жидкости будет отвечать точке C, а состав кристаллов – точке D. Эти обе фазы реагируют и дают третью фазу α, концентрация которой определяется точкой P – третьей точкой на горизонтали. Количественное соотношение фаз при перитектической реакции, необходимое для образования α-фазы, определяется по правилу отрезков соотношением:
Количество β = CP
Количество L=PD
В рассматриваемом же сплаве количество участвующих в перитектической реакции кристаллов β и жидкости определяется соотношением:
Количество β = C2
Количество L= 2D
т. е. в данном сплаве имеется избыток β-фазы по сравнению с тем количеством, которое необходимо для образования α-кристаллов. Поэтому по окончании реакции в избытке остаются β-кристаллы. Следовательно, в структуре будут продукты перитектической реакции (т. е. α-кристаллы) и оставшиеся избыточные первичные β-кристаллы. Чем ближе точка 2 лежит к точке P, тем меньше в реакции остается избыточных β-кристаллов.
Для сплава, отвечающего по концентрации точке Р, соотношение реагирующих при перитектическом превращении жидкости и β-кристаллов таково, что оно как раз достаточно для образования α-кристаллов предельной концентрации.
На рис. а показана кривая охлаждения сплава I. Для перитектической кристаллизации (средняя схема) характерно то, что новая α-фаза появляется на границе реагирующей друг с другом жидкости и β-кристаллов. Для сплава I перитектической реакцией заканчивается процесс кристаллизации.