Тема 1.4 Основные сведения о сплавах

Определение терминов: сплав, система, компонент, фаза. Типы сплавов: твердый раствор, химические соединения, механическая смесь. Особенности кристаллизации сплавов.

Построение диаграмм состояния сплавов термическим методом. Процесс кристаллизации и структура сплавов системы Pb-Sb.

Литература: [2], с.12-16; [3], с.67-72.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Для изучения сплавов в металловедении пользуются диаграммами состояния сплавов, которые позволяют познавать процессы, происходящие в них при различных видах теплового воздействия, что имеет большое практическое значение в технологии изготовления литых, сварных соединений, при горячей деформации металла, а также при назначении режимов термической обработки.

Главным вопросом данной темы является изучение сплавов железа с углеродом на основе диаграммы состояния «железо-углерод». Изучение же диаграммы «железо-цементит» немыслимо без знания основ теории сплавов. Изучать материал данной темы следует в такой последовательности:

1. Уяснить понятия: система, фаза, компонент.

2. Уяснить понятие о сплавах и их структуре (механическая смесь, твердый раствор, химическое соединение).

3. Уяснить понятие о диаграммах состояния сплавов. Следует помнить, что диаграмма состояния - это наглядное графическое изображение превращений, протекающих в сплавах в зависимости от температуры и концентрации сплава. Диаграммы состояния позволяют определить температуры плавления, затвердевании, аллотропических превращений в сплавах, изучить происхождение структур, наблюдаемых под микроскопом, и увязать структуру сплава с его механическими, технологическими и др. свойствами.

4. Изучить методику построения диаграммы состояния двойных сплавов. Для построения диаграмм по оси абсцисс откладывают концентрацию элементов (в процентах), из которых состоит сплав, и по оси ординат - температуры, при которых происходят превращения в сплаве.

5. Подробно рассмотреть диаграмму состояния 1 типа. Первый тип диаграмм состояния (образование механической смеси кристаллов чистых компонентов) соответствует таким условиям плавления и затвердевания сплавов, когда входящие в состав сплава металлы, растворяясь взаимно в жидкой состоянии, не растворяются в твердом.

Примером такой диаграммы может служить система сплавов свинец-сурьма, приведенная в литературе [3], с.69, рис.47.

Учащемуся рекомендуется вычертить в конспекте одну из указанных диаграмм. При разборе диаграммы необходимо получить четкое представление об эвтектике как о механической смеси кристаллов чистых компонентов, усвоить понятия: линия ликвидуса, линия солидуса, доэвтектический, эвтектический и заэвтектический сплавы; получить отчетливое представление о том, что доэвтектические и заэвтектические сплавы при охлаждении до линии солидуса меняют концентрацию компонентов в оставшемся жидком сплаве, стремясь к составу эвтектического сплава.

6. Ознакомиться с диаграммой состояния второго типа, характеризующей металлы, компоненты которых взаимно полностью растворяются как в жидком, так и в твердом состоянии.

Примером диаграммы второго типа может служить система сплавов медь-никель, приведенная в литературе [3], с.72, рис 50; [2], с.17, рис 19.

При разборе указанной диаграммы необходимо получить четкое представление о твердом растворе как однородном кристаллическом теле, в котором в атомную решетку основного металла-растворителя входят атомы растворенного компонента.

7. Только после рассмотрения простейших диаграмм состояния следует перейти к изучению главного вопроса темы - диаграммы «железо-углерод», являющейся основой науки о стали и чугуне. Эта диаграмма имеет большое практическое значение, так как по ней устанавливаются условия термической обработки сталей и чугунов, сварки, горячей обработки давлением, отливки и др. Она дает возможность устанавливать структуры сталей и чугунов в зависимости от содержания углерода и температуры нагрева.