- •Основные положения
- •Правило фаз. Закон Гиббса
- •Правило отрезков для двухфазной области
- •Диаграммы состояний с образованием механической смеси компонентов с эвтектикой
- •Диаграммы состояния с ограниченной растворимостью компонентов эвтектикой
- •Диаграммы состояния о ограниченной растворимостью компонентов с перитектикой (рис.4)
- •Диаграммы состояния с устойчивыми химическими соединениями
- •Диаграммы состояния с неустойчивыми химическими соединениями, образующимися по перитектической реакции
- •Диаграммы состояния сплавов с превращениями в твердом состоянии (вторичная кристаллизация)
- •Переменная растворимость компонентов друг в друга
- •Полиморфные превращения
- •Комплексная диаграмма состояния
- •Литература
Основные положения
По сравнению с чистыми металлами сплавы обладают лучшими механическими и технологическими свойствами. Сплавы в основном получают сплавлением различных металлов или металлов с металлоидами. Однородный жидкий раствор при кристаллизации образует следующие типы сплавов: механические смеси, химические соединения, твердые растворы и промежуточные фазы.
В теории сплавов широко применяют такие понятия как компонент и фаза. Дадим определение этим понятиям. Компонентами называются химические элементы или их устойчивые соединения, наименьшее число которых достаточно для образования всех фаз системы. Фаза - это структурно-однородная часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела, при переходе через которую резко изменяются свойства.
Сплавы могут быть однофазными (гомогенными) и многофазными (гетерогенными), Диаграммы состояния являются теоретической основой создания сплавов и показывают графически фазовое и структурное состояние сплавов в зависимости от температуры и концентрации. Диаграммы, описывающие переход из жидкого состояния в твердое, называются первичными. Диаграммы, отображающие перекристаллизацию в твердом состоянии (переменная растворимость, полиморфное превращение), называются вторичными. Диаграммы состояния обычно строят экспериментально. Однако в настоящее время разработаны методы их расчета по термодинамическим функциям с применением ЭВМ.
При построении диаграмм состояния по оси ординат откладывается температура, по оси абсцисс - концентрация компонентов (рис. I). Левая крайняя вертикаль соответствует 100%-ному содержанию компонента А (0$ В), а правая - 100$-ному содержанию компонента В (0$ А). Процентное содержание компонента В в сплавах возрастает слева направо, а компонента А, наоборот, справа налево. Например, сплав I имеет концентрацию 22% В и 78% А, сплавII – 50% В и 50$ А, сплав III – 78%В и 22% А (см.рис.I).
Для построения диаграммы состояния берут серию сплавов с различным содержанием компонентов. Для каждого сплава строят термограмму - (кривую охлаждения)с помощью метода термического анализа. Для этого исследуемые сплавы нагревают в печи до жидкого состояния, а затем медленно охлаждают. По данным изменений температуры во времени строят кривые охлаждения. По перегибам на кривых, либо температурным остановкам (горизонтальным площадкам) определяются температуры фазовых превращений - критические точки I, 2, ..... 10. Полученные значения критических точек переносят на вертикальные линии соответствующих сплавов на диаграмме температура - концентрация. Соединив точки начала и конца кристаллизации, получают линии фазовых превращений - диаграмму состояния. На рис. I показаны кривые охлаждения для чистых компонентов А и В, а также для сплавов I, II, III.
В данном случае компоненты близки по свойствам и неограниченно растворимы в жидком и твердом состоянии, образуя непрерывный ряд твердых растворов. Образуется диаграмма состояния, имеющая вид "чечевицы" или "двояковыпуклой линзы". Линия начала кристаллизации (А' и В’) называется линией ликвидус (ликвидус - жидкий). Выше этой линии сплавы находятся в жидком состоянии. Линия конца кристаллизации (В’ с а') называется линией солидус (солидус - твердый) В ниже ее сплавы находятся в твердом состоянии. Экспериментально построенные кривые охлаждения и диаграммы состояния проверяют по правилу фаз.