РАБОТА 5
АНАЛИЗ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ
Цель работы: изучение основных типов диаграмм состояния двойных систем, приобретение практических навыков изучения превращений, протекающих при кристаллизации сплавов, анализ полученных данных и определение возможности их использования па практике.
Знание диаграмм состояния различных систем, характеризующих превращения в сплавах, и умение анализировать эти превращения позволяют оценить свойства сплавов и в конечном итоге рационально выбрать материал для тех или иных изделий в зависимости от предъявляемых к ним требований.
Диаграммы состояния изображаются в координатах температура - содержание компонентов. Линии, соединяющие критические точки аналогичных превращений в системе, разграничивают области существования равновесных фаз. Любая точка на диаграмме определяет фазовый и химический составы сплава, а также его структуру при данной температуре. Вертикальная линия соответствует определенному химическому составу сплава. В зависимости от того, как взаимодействуют компоненты сплавов между собой в твердом состоянии (обладают различной взаимной растворимостью и образуют твердые растворы; образуют эвтектики или химические соединения), различают несколько типов диаграмм.
Рассмотрим, например, превращения, происходящие в сплавах Al - Са (рис. 5.1). Выше линии ликвидус ABCDEF оба компонента находятся в жидком состоянии и в любых соотношениях неограниченно растворяются друг в друге. Ниже линии солидус AMBNPQKEH сплавы системы находятся в твердом состоянии. Фнализ диаграммы показывает, что при затвердевании происходят следующие превращения.
1. Образуется α -твердый раствор Са в А1. Область существования твердого раствора – AMS1 прилегает к линии чистого А1. Точка М показывает максимальную растворимость Са в А1, точка S1 — минимальную, линия MS1 — ограничение растворимости Са в Al. Итак, с понижением температуры наблюдается уменьшение растворимости Са в Al в соответствии с линией MS 1. Избыточный кальций, который не может быть растворен в α - твердом растворе, выделяется при охлаждении ниже линии MS1 в виде вторичных кристаллов СаAl 3 11 в отличие от первичных СаAl 3, образующихся при наличии жидкой фазы в точке Р.
2. Образуются химические соединения СаAl3 и СаAl 2, кристаллизующиеся из жидкого сплава при температурах, соответствующих точке D, и точке Р при взаимодействии жидкой фазы и химического соединения СаAl2 (соответственно) .
Превращение, протекающее при постоянной температуре, когда из двух фаз, одна из которых является жидкой, образуется третья и все фазы в момент превращения имеют определенный состав, называется перитектическим и может быть записано в виде реакции
T= const
Ж c + CaAl 2 (Q) ———-> СаА1 3(р),
где символы С, Q, Р показывают содержание компонентов в соответствующих фазах.
Рис. 5.1. Диаграмма состояния (в) и кривые охлаждения (а, б, г, д) сплавов системы Al - Са (структурный анализ):
I...IV — номера сплавов
В процессе перитектического превращения в соответствии с правилом фаз С = К – Ф + 1 = 2 – 3 + 1 = 0. Применение правила отрезков (конода CPQ) показывает, что при перитектическом превращении массы взаимодействующих фаз строго определенны. ............