Материал: Kushner - Materialovedeniye 2008
Рис. 4.5. Общий вид диаграммы состояния с перитектическим превращением и характер кристаллизации
Линия АСВ – линия ликвидус; линия АDEВ – линия солидус; линия CDE – линия перитектического превращения. Перитектическое превращение заключается в том, что жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами и образует новый вид кристаллов.
Рассмотрим кристаллизацию сплава Ι: при понижении температуры в точке 1 происходит выпадение осадков β-раствора, при достижении перитектической горизонтали CDE состав жидкости отвечает точке C, а состав кристаллов – точке E. Обе эти фазы реагируют и дают третью фазу α, концентрация которой определяется точкой D.
Перитектическое превращение происходит по следующей реакции:
ЖС + βE → αD.
Для сплава I перитектическая реакция не приводит к полному затвердеванию, так как наряду с вновь образовавшейся фазой αС сохраняется жидкая фаза:
ЖC + βE → αD + ЖC.
Полное затвердевание сплава произойдет в точке 3, структура сплава будет однофазная.
Для сплава за точкой С перитектическая реакция заканчивается образованием новой α– фазы, но остается избыток β-фазы:
ЖC + βE → αD + βE .
Структура сплава состоит из кристаллов двух типов α- и β-твердых растворов. Получающие смеси характеризуются тем, что фаза, выделившаяся ранее (β-фаза), окружена фазой, выделившейся позднее.
4.6. Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения
Данная диаграмма получается, когда сплавляемые компоненты образуют устойчивое химическое соединение АnВm , не диссоциирующее при нагреве вплоть до температуры плавления.
51
Рис. 4.6. Диаграмма состояния с устойчивым химическим соединением
На рис. 4.6 показана диаграмма состояния для сплавов, образующих химическое соединение.
При концентрации, соответствующей химическому соединению АnВm, отмечается характерный перелом на кривой свойств. Это объясняется тем, что некоторые свойства химических соединений обычно резко отличаются от свойств образующих их компонентов.
В данном случае химическое соединение АnВm образует с компонентами А и В сплавы, относящиеся к диаграмме состояний, изображенной на рис. 4.1. Структурный состав любого сплава системы «А – В» в твердом состоянии должен представлять смесь химического соединения и одного из исходных компонентов.
4.7. Диаграмма состояния для сплавов с полиморфным превращением одного из компонентов
Большой практический интерес представляют сплавы, у которых один из компонентов (или оба) имеет полиморфные превращения. В этих сплавах в результате термической обработки можно получать метастабильные состояния структуры с новыми свойствами (рис. 4.7).
Сплав І после полного затвердевания при температуре точки 2 в твердом состоянии в интервале температур точек 3 и 4 изменяет кристаллическую структуру. Это вызвано полиморфизмом компонента А, который до температуры точки А1 имеет тип кристаллической решетки α-А, а при температуре более высокой – γ-А. Причем кристаллическая решетка γ-А такая же, как у компонента В.
В области, ограниченной линиями А1хA и А1хB, в равновесии находятся две фазы: γ+α, где α-фаза является твердым раствором компонента В в α-модификации компонента А, а γ-фаза – твердым раствором компонента В в γ-модификации компонента А. На диаграмме линия А1хB при охлаж-
52
дении соответствует температуре начала, а линия А1хA – температуре окончания полиморфного α-γ-превращения.
Рис. 4.7. Диаграмма состояния сплава с полиморфным превращением одного из компонентов
Полиморфное α-γ – превращение при охлаждении в условиях, близких к равновесию, протекает в интервале температур и сопровождается диффузионным перераспределением компонентов между обеими фазами. Сплавы, составы которых лежат правее точки хВ, в твердом состоянии превращений не имеют, их структура у них однофазная – γ-твердый раствор.
4.8. Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превращениями компонентов и эвтектоидным превращением
Диаграмма состояния сплавов, у которых высокотемпературные модификации компонентов, обладают полной взаимной растворимостью, а низкотемпературные α, β – ограничены, приведена на рис. 4.8.
Рис. 4.8. Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превращениями компонентов и эвтектоидным превращением
53
В результате первичной кристаллизации все сплавы этой системы образуют однородный γ-твердый раствор. С понижением температуры γ-твердый раствор распадается вследствие ограниченной растворимости компонентов в α-модификации. Линии А1С и СВ1 соответствуют температурам начала распада γ-твердого раствора.
При температурах ниже линии А1С в равновесии находятся кристаллы твердых растворов γ и α, состав которых определяется линиями А1С
(γ-фаза) и А1Е (α-фаза).
При температурах ниже линии В1С в равновесии находятся γ-фаза и β-фаза. Состав γ-твердого раствора при понижении температуры изменяется по линии В1С, β-твердого раствора – по линии В1F. По достижении изотермы ЕСF γ-твердый раствор распадается:
γC→ αE + βF.
Распад γ-твердого раствора на смесь двух фаз α+β аналогичен эвтектическому превращению, но исходной фазой будет твердый раствор. Подобное превращение называют эвтектоидным, а смесь полученных кри-
сталлов – эвтектоидом.
Строение эвтектоида всегда тоньше, чем эвтектики. Чем больше степень переохлаждения γ-твердого раствора, тем дисперснее фазы, образующие эвтектоид.
В связи с переменной растворимостью компонентов в твердых растворах α и β при дальнейшем охлаждении следует вторичное выделение твердых растворов βІІ и αІІ. Меняя степень дисперсности фаз в эвтектоиде, можно в широких пределах менять физические и механические свойства сплавов.
Тесты для проверки текущих знаний.
1. Металлы в твердом состоянии обладают рядом характерных свойств:
1)высокими теплопроводностью и электрической проводимостью в твердом состоянии;
2)увеличивающимся электрическим сопротивлением при уменьшении температуры;
3)металлическим блеском, пластичностью;
4)термоэлектронной эмиссией и хорошей отражательной способно-
стью;
5)высокой молекулярной массой.
2. С уменьшением температуры электросопротивление металлов:
1)падает;
2)повышается;
54
3)остается постоянным;
4)изменяется по закону выпуклой кривой с максимумом.
3.Какие группы металлов относятся к цветным?
1)Тугоплавкие (титан, вольфрам, ванадий);
2)легкие (бериллий, магний, алюминий);
3)благородные (серебро, золото, платина);
4)редкоземельные (лантан, церий, неодим);
5)легкоплавкие (цинк, олово, свинец).
4.Какие группы металлов относятся к черным?
1) Тугоплавкие (титан, вольфрам, ванадий);
2) легкие (бериллий, магний, алюминий);
3) железные – железо, кобальт, никель);
4) редкоземельные (лантан, церий, неодим); 5) легкоплавкие (цинк, олово, свинец).
5.Отсутствие собственного объёма характерно для:
1) жидкости;
2) газа;
3) твёрдого тела;
4) металла.
6.К тугоплавким металлам относятся:
1) свинец;
2) вольфрам;
3) олово;
4) алюминий.
7.К легкоплавким металлам относятся:
1) свинец;
2) вольфрам;
3) ванадий;
4) титан.
8.При температуре, меньшей, чем температура плавления, наи-
меньшей свободной энергией обладают системы атомов:
1)в газообразном состоянии;
2)в жидком состоянии;
3)в твердом состоянии;
4)в виде плазмы.
55