Изменения свойств в зависимости от состава сплавов

Линия АСВ, выше которой металл находится только в жидком состоянии, называется линией ликвидуса.

Линия DCE, ниже которой металл находится только в твердом (кристаллическом) состоянии называется линией солидуса.

Переход сплавов из жидкого состояния в твердое, при кристаллизации, происходит в интервале температур от линии ликвидуса до линии солидуса. При этом в твердую фазу переходит вначале тот компонент, количество которого превышает эвтектическую концентрацию. Жидкая фаза, при этом, является раствором обоих компонентов. По мере снижения температуры и приближении ее к линии солидуса, состав незакристаллизовавшейся фазы приближается к эвтектическому.

.

Доля твердой и жидкой фаз в единице массы любого сплава при кристаллизации подчиняются правилу отрезков. При заданной температуре масса твердой фазы определяется величиной отрезка lt, а жидкой ts – отрезка. Если массу всего сплава Q выразить через ls, то относительные доли твердой Q_т и жидкой фаз Q_ж можно представить в виде

.

При температурах ниже линии солидуса фазовый состав всех сплавов рассматриваемой системы состоит из зерен обоих компонентов: А + В. В любом сплаве (кроме эвтектического) присутствуют мелкие зерна А и В, составляющие эвтектику, и крупные зерна избыточных фаз – компонентов А в доэвтектическом сплаве и компонента В в заэвтектиченском.

.

При оценке прочностных и других свойств, следует иметь в виду, что та часть сплава, которая представлена эвтектикой, имеет более высокую прочность, чем часть, представленная более крупными зернами избыточной фазы.

.

3.3.2.Диаграмма состояния второго рода.Дендритная ликвация.

При неограниченной растворимости компонентов друг в друге, имеющих одинаковые типы кристаллических решеток и сходное строение наружных электронных оболочек, получают диаграммы второго рода.

На диаграмме (рисунок 3.3) можно различить три фазовые области:

- область жидкой фазы (выше линии ликвидуса);

- двухфазная область α +Ж. Фаза α представляет собой твердый раствор компонентов А и В. Зерна этой фазы имеют единую кристаллическую решетку. Однако у сплавов разного состава число атомов компонентов А и В в элементарных ячейках решетки различно.

- Область расположенная под линией солидуса является однофазной α.

. В случае равновесной (медленной) кристаллизации состав сформировавшейся фазы α соответствует исходному составу сплава. Это обусловлено непрерывно происходящей диффузией между обеими фазами.

В случае ускоренного охлаждения сплава диффузионные процессы не успевают завершиться. В связи с этим центральная часть каждого зерна оказывается обогащенной более тугоплавким компонентом, а периферийная – легкоплавким. Это явление называется дендритной ликвацией, снижающей прочностные свойства

сплавов.

Дендритная ликвация может быть устранена путем длительного, так называемого, диффузионного отжига сплава.

Прочность (и другие свойства) твердых растворов в зависимости от состава изменяются по криволинейному закону. Так как атомы растворимого компонента образуют в решетке твердого раствора более прочную металлическую связь с атомами компонента растворителя, чем в решетках обоих чистых компонентов.

3.3.3. Диаграмма состояния III рода

Диаграмма состояния III рода(рисунок 3.4)характерна для сплавов, образующихся при сплавлении компонентов, имеющих ограниченную растворимость руг в друге.

Рассмотрим случай, когда за пределами растворимости компонентов образуются механические смеси твердых растворов на основе каждого из них.

На диаграмме состояний представлены:

- жидкая фаза Ж;
две области (α + Ж) и (β + Ж) (лежащие между линиями ликвидуса и солидуса);

- две области ограниченных твердых растворов α и β (лежащие ниже отрезков линии солидуса);

- двухфазовая область (α + β) – (область СЕКF).

.

Фаза αявляется твердым раствором компонента В в А.

Фаза β является твердым раствором компонента А в В.

Рисунок 3.4. Диаграмма состояния III рода.

Взаимная растворимость компонентов друг в друге, как правило, зависит от температуры.

Как и в диаграмме первого рода в структурно-фазовом составе сплавов данной системы важное место занимает эвтектика, представляющая собой смесь мелкозернистых фаз α и β. Она имеет вполне определенный состав и кристаллизуется при наименьшей для данной системы температуре - линии СЕ. Ниже этой линии находится область двухфазовых сплавов.

3.3.4. Диаграмма состояния 4 рода.

.

Диаграмма 4 рода (рисунок 3.5), относится к случаю, когда сплавляемые компоненты при соотношении А_m, В_n, образуют устойчивое химическое соединение, которое можно рассматривать в качестве самостоятельного компонента, способного образовывать сплавы с каждым из исходных компонентов.

Рисунок 3.5. Диаграмма состояния IV рода

Соединение А_m В_n при сплавлении с компонентами А и В в зависимости от их природы может образовывать с ними различные по характеру системы. Например (рис. 3.5) компонент А_m В_n образует с компонентами А и В сплавы, относящиеся к диаграмме состояний 1 рода. В связи с этим фазовый состав любого сплава системы А-В в твердом состоянии должен представлять смесь химического соединения и одного из исходных компонентов.