Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов друг в друге в твердом состоянии

Сплавы, затвердевающие в соответствии с диаграммой состо­яния ограниченных твердых растворов, характеризуются тем, что в жидком состоянии компоненты растворяются друг в друге неогра­ниченно, а в твердом состоянии образуют ограниченные твердые растворы и эвтектику. Такой тип диаграммы имеют сплавы системы: алюминий-медь, алюминий-кремний, серебро-медь, свинец-олово и др.

В системах такого типа не образуются фазы, представляющие собой чистые компоненты. Из жидкой фазы могут выделяться только твердые растворы a и b (рис. 5.7):

a -твердый раствор - это раствор компонента В в компоненте А,

т.е. А (В).

b-твердый раствор - это раствор компонента А в компоненте В,

т.е. В (А).

Следовательно, около вертикали А расположена область существования a-твердого раствора на основе компонента А. Эта область - А¢QЕА. Максимальная раство­римость компонента В в компоненте А при комнатной температуре определяется отрезком А¢Q. Предельная же растворимость В в А в зависимости от температуры характеризуется кривой QЕА.

Около вертикали В расположена область b-твердого раст­вора компонента А в компоненте В (В¢F¢FВ). Растворимость компонента А в компоненте В при комнатной температуре и при температуре до точки F определяется отрезком F¢В¢, далее она изменяется по линии FВ.

Ж

Рис. 5.7. Диаграмма состояния и кривые охлаждения сплавов

с ограниченной растворимостью компонентов друг в друге

в твердом состоянии

Зная правило фаз и правило отрезков, можно проследить за процессом кристаллизации любого сплава и определить струк­турный и фазовый составы во всех областях диаграммы.

Рассмотрим сплав I (рис. 5.7). В точке 1 начинается про­цесс кристаллизации. Из жидкой фазы выделяются кристаллы a-твердого раствора, состав которого изменяется по кривой а-2. Состав жидкой фазы при этом изменяется по кривой 1-в. В точке 2 кристаллизация заканчивается. Кристаллы твердого раствора имеют состав исходного жидкого сплава. Ниже точки 3, лежащей на линии предельной растворимости, твердый раствор a становится пере­сыщенным и из него выделяются избыточные кристаллы твердого раствора b. Состав твердого раствора a изменяется по ли­нии

3-Q. Состав выделяющейся b-фазы определяется концен­трацией F¢, а ее количество - отрезками от линии сплава 3-4 до кривой 3-Q, отнесенными к отрезку 4-F¢.

Кристаллы b, выделяющиеся из жидкости при первичной кристаллизации, являются первичными и записываются с индексом (b_I) или без него (b). Кристаллы, выделяющиеся из твердого раствора, обозначаются b_II

(b-вторичные). У сплавов с кон­центрацией левее точки Q вторичные выделения b-кристаллов отсутствуют.

Поскольку растворимость компонента А в компоненте В по линии F-F¢ в данном случае постоянна, то вторичных выделений a-кристаллов из b-фазы не происходит.

Рассмотрим сплав II. В этом сплаве ниже точки 5 кристалли­зуется

a-фаза. Состав жидкой фазы при этом изменяется по ли­нии 5-с, а твердой a-фазы - по линии е-Е. В точке 6 жид­кая фаза имеет эвтектический состав (точки С) и кристаллизу­ется с образованием эвтектики при постоянной температуре. Со­став a-фазы в точке 6 определяется координатой точки Е(Е¢),асостав b-фазы - координатой точки F(F¢).

При охлаждении сплава II ниже температуры точки 6 из a-фазы (свободной и входящей в состав эвтектики) будет выделяться избыточное количество компонента В в виде b_II позакону пре­дельной растворимости (линия ЕQ). При комнатной температуре состав a-фазы будет соответствовать точке Q.

Свойства сплавов зависят от типа диаграммы состояния, со­става и структуры сплавов. Метод построения диаграмм "состав-свойство" был разработан Н.С. Курнаковым, открывшим определен­ную зависимость между свойствами сплавов и диаграммой состояния.

На рис. 5.8 изображены диаграммы "состав-свойства" в за­висимости от вида диаграмм состояния (по Н.С. Курнакову).

Рис. 5.8. Диаграммы состояния и соответствующие им

диаграммы «состав-свойства»

Анализ этих диаграмм позволяет сделать следующие выводы:

- для повышения прочности целесообразно применять легиру­ющие

элементы, образующие с основным металлом твердые растворы или химические соединения;

- сплавы с переменной растворимостью легирующего элемента в основном металле можно упрочнять термо­обработкой;

- в качестве литейных сплавов лучше применять сплавы, со­держащие эвтектику, так как они обладают низкой температурой кристаллизации и хорошей жидкотекучестью;

- однофазные сплавы имеют лучшую свариваемость и коррозионную стойкость;

- двухфазные сплавы лучше обрабатываются резанием;

- литейные сплавы с дендритной структурой лучше сопротив­ляются истиранию.