Диаграммы фазового равновесия двойных сплавов
Диаграммы фазового равновесия (или диаграммы состояния) в удобной графической форме показывают фазовый состав сплава в зависимости от его температуры и концентрации. Диаграммы фазового равновесия строят для условий равновесия, которое может быть достигнуто только при очень малых скоростях охлаждения или медленного нагрева.
Диаграмма строится в координатах температура (ось ординат) – концентрация (ось абцисс). При этом на оси абцисс откладывается горизонтальный отрезок АВ. Конечные точки А и В соответствуют чистым компонентам, т.е. 100% каждого из компонентов. Любая точка на этом отрезке указывает состав двойного сплава в весовых процентах. Процентное содержание компонента В увеличивается от точки А (0% компонента В) до точки В (100% компонента В и 0% компонента А). Температуру откладывают на оси ординат. На ординате соответствующей чистому компоненту А, отмечают температуру плавления компонента А на другой ординате – температуру плавления компонента В. Если компоненты имеют полиморфные модификации, то температуры полиморфных превращений также отмечают.
Любая точка, расположенная между ординатами, определяет состав и температуру сплава. Каждая вертикаль проведенная через какую-либо точку на диаграмме соответствует изменению температуры сплава определенного состава.
Вид диаграммы фазового равновесия зависит от того, как взаимодействуют оба компонента друг с другом в твердом и жидком состоянии. Диаграммы строят по экспериментальным данным с использованием термического анализа и получаемых при этом кривых охлаждения.
Критические температуры, выявленные на кривых охлаждения (перегибы, горизонтальные линии – вызванные тепловыми эффектами) для сплава определенного состава наносят на поле диаграммы и для аналогичных превращений соединяют линиями. Эти линии разграничивают области аналогичных фазовых состояний.
Диаграмма фазового равновесия сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состоянии.
Общий вид диаграммы показан на рис.1. Компонентами являются А и В. Фазы L-жидкий раствор, α-твердый раствор.
t,
0C
t,
0С
Сплав I
I
0
0
L
Ликвидус
L
L+α
t1 1
t1
1 (L
→ α)
tх х Cолидус L+α
t
2
t2
2
2 α
α
А 10 20 30 40 50 60 70 80 90 В τ
Рис.1.
При температурах выше точек лежащих на линии ликвидус сплав представляет собой жидкий раствор (L). Таким образом линия ликвидус соответствует температурам начала кристаллизации при охлаждении. При температурах ниже точек лежащих на линии солидус сплав представляет собой твердый раствор (α). Линия солидус соответствует температурам окончания кристаллизации. Процесс кристаллизации одного из сплавов представлен в виде кривой охлаждения на рис.1.
Температура t1 (точка 1) соответствует началу кристаллизации, t2 (точка 2) – окончанию. В интервале температур t1 – t2 сплав находится в двухфазном состоянии.
При кристаллизации сплава I в интервале температур 0-1 происходит охлаждение жидкого раствора. Кристаллизация сплава начинается с появления (при t1) отдельных зерен твердого раствора α, увеличения их количества при понижении температуры и их роста. При этом химический состав жидкого раствора (L) и твердого раствора (α) будет изменяться. При t2 весь жидкий раствор закристаллизуется и сплав будет иметь поликристаллическую однофазную структуру (α-твердый раствор).