Диаграмма состояния и кривые охлаждения сплавов, имеющих превращения в твердом состоянии:

а) - полиморфное превращение при отсутствии растворимости и при наличии химического соединения, в) - полиморфные превращения в сплавах - твердых растворах, г) - изменение растворимости.

Рис. 4.

Диаграмма состояния и кривые охлаждения сплавов, имеющих превращения в твердом состоянии:

а) - изменение растворимости в сплавах с перитектическим

превращением, б) - распад твердого раствора, в) - распад

ограниченного твердого раствора, г) - образование

химических соединений или упорядоченных фаз.

Методические указания по анализу заданной диаграммы

1. Вычертив заданную диаграмму, следует обозначить ее основные точки и линии буквами и указать фазы и структуры, образующиеся в различных сплавах. Целесообразно отделить вертикальными пунктирными линиями области с различными структурными со­ставами и в каждой области указать соответствующие структурные составляющие.

Фазовый и структурный состав разных сплавов может быть различным. Например, на диаграмме (рис.5) фазовый состав в областях "а", "б" и "в" одинаков. Это твердый рас­твор а, представляющий собой ограниченный твердый раствор фосфора в а - железе (с переменной растворимостью), и химическое соединение Fe₃P постоянного состава. Структурный же состав в этих областях различен. В области "а" сплавы состоят из кри­сталлов а - твердого раствора и некоторого количества вторичных кристаллов химиче­ского соединения Fe₃P, выделившихся в виде мелких частиц из основного а - твердого

раствора.

Структурный состав в области '"б"' (так называемые доэвтектические сплавы) пред­ставляет собой а - твердый раствор + эвтектика +вторичные кристаллы соединения Fe₃P.

2. Если заданная диаграмма сложная, например с образованием нескольких хими­ческих соединений, то при анализе удобно разбить ее на более простые части и охаракте­ризовать каждую из них отдельно.

Например: диаграмма на (рис. 5) представляет собой диаграмму с химическим со­единением и имеющую эвтектическое и полиморфное превращения.

Диаграмма состояния железо-фосфор,

кривые охлаждения и схемы микроструктур

сплавов при комнатной температуре.

Рис.5

Диаграмма состояния железо-фосфор, кривые охлаждения и

системы микроструктур сплавов при комнатной температуре.

Основные линии диаграммы, важные концентрационные точки.

acf- линия ликвидус, арск - линия солидус, рск - линия эвтектического превраще­ния, qp - линия предельной концентрации а - твердого раствора при различных темпера­турах, nhj - линия начала полиморфного превращения а <==> у.

Основные точки диаграммы: а - точка кристаллизации и плавления чистого железа; с - эвтектическая точка; р - точка, показывающая максимальную растворимость фосфора . в а - железе; q - точка показывающая предельную концентрацию фосфор в а - растворе при комнатной температуре; n, j - точка полиморфных превращений в чистом железе.

3. Кривые охлаждения сплавов должны быть построены в том же масштабе темпе­ратур, что и диаграмма состояния. Температурные значения критических точек определя­ются по пересечению ординаты, соответствующей заданному составу сплава, с линиями диаграммы, а время берется произвольно.

На различных участках кривой охлаждения следует схематично обозначить соот­ветствующие превращения и пояснить их в тексте.

Например:

''...Кристаллизация сплава I (рис. 5) начинается с точки 1 (следует иметь в виду, что фактически это происходит несколько ниже точки 1, так как необходимо переохлаж­дение жидкого сплава). В данном случае из жидкости выделяются кристаллы а - твердого раствора. Этот процесс заканчивается в точке 2, в результате чего сплав получает одно­фазную структуру а - раствора. Между точками 2 и 3 следует обычное охлаждение сплава, без каких либо фазовых превращений. В точке 3 начинается полиморфное превращение твердого раствора α —> γ происходящее в интервале температур и заканчивается в точке 4.

Образовавшийся γ- твердый раствор охлаждается до точки 5, где вновь начинает­ся полиморфное превращение, связанное с изменением типа кристаллической решетки раствора на основе железа у -> а. Это превращение заканчивается в точке 6, ниже кото­рого сплав, имеющий однофазную структуру а - твердого раствора, охлаждается до ком­натной температуры без превращений.

4. При изображении схемы микроструктуры необходимо стремиться к тому, чтобы она максимально близко воспроизводила реальную структуру, наблюдаемую при метал­лографическом анализе.

Чистые металлы и однофазные твердые растворы в состоянии равновесия имеют однородное зернистое строение. Химические соединения могут образовывать кристаллы разных размеров и форм. При частичном распаде твердых растворов они часто располагаются в виде сетки по границам зерен или образуют мелкие включения вторичных кри­сталлов внутри зерен твердого раствора.

Эвтектики и эвтектоиды кристаллизуются в виде смеси различной дисперсности точечного, пластинчатого или зернистого строения. Схематично изображение некоторых структур показано на (рис. 5).

5. С помощью метода количественного фазового анализа необходимо определить химический состав фаз (т. е. их концентрацию), присутствующих в данном сплаве при за­данной температуре и их относительное весовое количество. Для этого через точку, соот­ветствующую состоянию сплава при заданной температуре, проводят горизонталь (коноду) до пересечения с линиями, ограничивающими эту область. Проекции точек пересече­ния коноды с линиями диаграммы на ось концентрации показывают химический состав соответствующих фаз. Длины отрезков коноды, заключенные между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.

Результаты расчета необходимо привести в виде таблицы (см. таблицу №1)

Следует отметить, что правило отрезков, используемое для количественного анали­за, применимо только в двухфазных областях диаграмм. В однофазной области имеется лишь одна фаза, и любая точка внутри этой области характеризует ее концентрацию.

Таблица 2.

Состав сплава	Темпера­тура °С	Фазовый состав сплава и химический состав фаз	Относительное весовое кол-во фаз
Сплав 1 0,4 Р 99.6%Fe	20	Однородный твердый рас­твор фосфора в а -железе с концентрацией 0,4% Р	100%- α
Сплав 2 2%Р 98% Fe	1400	Кристаллы а - твердого раствора концентрации 0,9% Р (точка "а") и 99,1% Fe. Жидкая фаза концен­трации 5,5% Р и 94,5% Fe (точка "в")	Количество α - фазы: =30% Количество жидкости Qж =100%-30% = 70%
Сплав 3 2%Р 98% Fe	100	Основная структура а -твердый раствор концен­трации 1% Р (точка "б") и небольшое количество кри­сталлов химического со­единения Fe3P (магнитно­го) концентрации 16%Р и 84% Fe (точка "ж")	Количество α - фазы: =92.5%; количество кристал­лов соединения Fe3P QFe3p =100% - 92.5% = 7.5%