Диаграмма состояния
Строится диаграмма состояния различными методами: по кривым охлаждения сплавов, измерениям удлинения образца из сплава при охлаждении, наблюдением микроструктуры, рентгеновским методом и др.
Если для двухкомпонентного сплава диаграмму строят по кривой охлаждения, то готовят серию образцов, в которых за 100% принимается все вещество образца, а соотношение компонентов изменяется от 100% компонента А и 0% Б до 0% А и 100% Б. Далее для каждого сплава строят кривую охлаждения от жидкого состояния до твердого, при этом фиксируют температуру, при которой меняется состояние сплава.
На диаграмме показана не только температура перехода сплава из твердого в жидкое состояние и наоборот, но и какие структуры имеются в сплавах до температуры плавления.
Линия, выше которой сплавы находятся только в жидком состоянии, называется линией ликвидуса.
Линия, ниже которой сплавы находятся только в твердом состоянии, называется солидус.
Диаграмма с полной нерастворимостью компонентов в твердом состоянии (механических смесей или диаграмма I рода)
Механические смеси компонентов сплава в твердом состоянии образуются, если компоненты не растворяются друг в друге и не вступают в химическую реакцию.
Основные линии диаграммы:
abc – линия ликвидус – геометрическое место точек начала кристаллизации сплавов различного химического состава: Выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии. L – liquid.
dbс – линия солидус – геометрическое место точек конца процесса кристаллизации; Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии.
abd – двухфазное состояние сплавов – происходит процесс кристаллизации компонента А.
Точка b – точка эвтектики; xb – эвтектический состав для данной пары компонентов.
Сплавы и структуры, образующиеся до точки b на диаграмме, называются доэвтектическими.
Сплавы и структуры, образующиеся в точке b на диаграмме, называются эвтектическими.
Сплавы и структуры, образующиеся за точкой b на диаграмме, называются заэвтектическими.
Диаграмма с неограниченной растворимостью компонентов
в твердом состоянии (или диаграмма II рода)
Диаграмма состояния с ограниченной растворимостью
компонентов в твердом состоянии (или диаграмма III рода)
На диаграммах данного вида оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии и ограниченно в твердом и не образуют химических состояний. Также на диаграмме присутствуют фазы: жидкость, a и b фаза.
abc – линия ликвидус; Xb – химический состав эвтектики.
adec – линия солидус.
df, eg – линии предельной растворимости в твердом состоянии.
При дальнейшем охлаждении ниже точки 3 концентрация компонента В в твердом растворе падает, т. е. атомы компонента В выделяются из твердого раствора. В структуре это проявляется появлением внутри зерен твердого раствора дисперсных частиц новой фазы.
Как отмечалось выше, из твердого раствора a при охлаждении ниже линии df выделяется компонент В. Однако выделение происходит не в виде кристаллов чистого компонента B, а в виде частиц твердого раствора атомов А в кристаллической решетке компонента B. Таким образом, фактически происходит выделение b фазы из твердого раствора a. Эти частицы называют вторичными зернами b фазы и обозначают как b2, имея в виду, что выделение первичных кристаллов b фазы происходит для заэвтектических сплавов из жидкой фазы.
Диаграмма состояния для сплавов с устойчивым
химическим соединением компонентов.
В каждой из этих диаграмм чистые компоненты и соответствующие химические соединения могут играть роль, как чистых компонентов, так и основы для твердых растворов. Это определяется физическими свойствами компонентов и их соединений. Важно, что на графике диаграммы надо обеспечить стыковку на важнейших точках линии ликвидус и солидус (должна получиться одна общая линия).
Диаграмма состояния с полиморфным превращением
Эвтектикоподобная механическая смесь, состоящая из одновременно выделяющихся из твердого раствора g кристаллов твердого раствора a и кристаллов К (компанент b с низкотемпературной решеткой) в точке d называется эвтектоидом.
Правило отрезков применяется для двухфазных областей диаграммы. С помощью правила отрезков можно для сплавов постоянного химического состава определить при изменении температуры:
1. Весовое соотношение между фазами.
2. Изменение химического состава фаз.
Правило отрезков для диаграмм I рода.
Для линий abd, bce и части диаграммы ниже линии de можно применить правило отрезков. Выберем сплав определенного химического состава x и рассмотрим применение правила отрезков для этого сплава при температуре t1. Общее состояние сплава определяется точкой f.
Правило отрезков позволяет определить относительное количество фаз.
1) Фазы L+B: 
2) Химический состав фаз: 
Относительное количество фаз определяется отношением соответствующей части горизонтального отрезка, проведенного для заданной температуры t1 – до пересечения с границами области к общей длине этого отрезка.
Химический состав фаз при заданной температуре определяется проекцией точек пересечения горизонтального отрезка с заданными границами областей на ось химического состава.
Правило отрезков для диаграмм II рода
Для a1b2 работает правило отрезков: 
; 
Химический состав фаз для рассматриваемой области определяется проекциями точек, попадающих на границу с областью, занимаемой соответствующей фазой, то есть в донном случае точка g на границе с областью a – определяет химический состав a-кристаллов, точка h на границе с областью L – определяет химический состав жидкости.
Применим правило отрезков для точек 1, f и 2 сплава x. При этом химический состав образующихся a-кристаллов будет меняться от x, через xg до исходного состава x в соответствии с правилом отрезков, то есть при кристаллизации a-кристаллы, образующиеся на разных этапах кристаллизации имеют разный химический состав.
Это противоречие связано с тем, что рассматриваемая нами диаграмма состояния является равновесной, то есть:
а) Процесс фазового превращения происходит бесконечно медленно;
б) Происходит диффузионное выравнивание химических составов каждой фазы;
а) Скорость кристаллизации конечна;
б) Полного выравнивания химического состава твердой фазы не происходит, то есть в составе образовавшейся твердой структуры остаются a-кристаллы с отличающимся от среднего химическим составом. Это явление носит название химической ликвации.
Ликвация – процесс, при котором часть структуры сплава отличается по своему химическому строению от основного состава. В реальных сплавах всегда происходит процесс ликвации.
Правило отрезков для диаграмм III рода
Применим правило отрезков для линий adf, fdeg и ceg. Для сплава состава x при температуре ti (точка i). Две фазы: жидкость и a-кристаллы: 
; 
.
Для сплава x при температуре tl (точка l). Две фазы a и b: 
; 
.
Для двухфазной области fdeg правило отрезков также работает. Изменение относительного количества и химического состава в этой области происходит за счет изменения растворимости компонентов друг в друге и соответствующих диффузионных процессов перераспределений внутри сплавов.
Связь свойств сплавов с их диаграммой состояния
Курнаков установил, что между типом диаграммы сплава и изменением его свойств, при изменении состояния, имеется соответствие. В его основе:
1) Изменение физических свойств твердых растворов существенно нелинейно зависит от их химического состава.
2) Изменение свойств механических смесей линейно связано с изменением относительного количества кристаллов в смеси.
Эта связь позволяет:
1) При исследовании новых сплавов и определении их свойств существенно сократить объем исследований, так как характеристика соответствующего графика известна.
2) На основе характеристик изменения свойств сплава уточнить соответствующие структуры превращения в нем.
Линия солидус – линия конца кристаллизации
Линия ликвидус – линия начала кристаллизации.
Линия, ограничивающая область полностью кристаллизовавшегося сплава от остальной области на диаграмме состояний, называется линией солидус.
Диаграмма состояния II рода для неограниченных твердых растворов
Примером сплавов с такими диаграммами состояния являются сплавы системы Cu ‑ Ni.
Рис. 6.3. Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы
структур сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии
Диаграмма состояния III рода для ограниченных твердых растворов
Этот тип диаграмм очень важен в практическом отношении, так как часто представлен в составе сложных диаграмм широко распространенных промышленных сплавов.
В рассматриваемой системе ограниченная растворимость компонентов в твердом состоянии может быть постоянной и может быть переменной. Оба рассматриваемых случая представлены на рис.6.4 (соответственно линии EN и DF). В итоге имеем диаграмму состояния с двусторонней ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.
В такой системе компоненты А и Вне могут при затвердевании образовывать собственных кристаллов, так как они между собой образуют твердые растворы α и βСоответственно в области, лежащей слева от линии EN при кристаллизации из жидкости начинают выделяться кристаллы твердого раствора α. В интервале кристаллизации сплавы имеют двухфазную структуру (Ж + α ). После завершения кристаллизации и вплоть до окончательного охлаждения все эти сплавы имеют структуру однородного твердого раствора α. Аналогичная ситуация имеет место у всех сплавов, расположенных правее точки F, где образуются кристаллы β-твердого раствора.
У сплавов, расположенных в интервале между точкой F и проекцией точки D, первичная кристаллизация в интервале между ликвидусом и солидусом с образованием кристаллов β-твердого раствора. При этом сплавы после завершения кристаллизации вплоть до пересечения с линией DF имеют однородную структуру β-твердого раствора. При дальнейшем же охлаждении этих сплавов (например, сплава IV ниже точки 3) вплоть до полного охлаждения в структуре этих сплавов происходят изменения, связанные с выделением из β-твердого раствора второй фазы αп(например, у сплава IV), причиной появления которой является уменьшение предела растворимости β-твердого раствора при понижении температуры сплава. На это указывает наклонный характер кривой DF. При понижении температуры твердый раствор βстановится пересыщенным компонентом А, и для приведения системы в равновесие из этого твердого раствора β выделяется избыток растворенного компонента А. Но так как в данной системе чистые компоненты не могут существовать как самостоятельные фазы (они должны образовывать твердые растворы), то на базе избыточных кристаллов компонента А образуется сразу же вторичный α-твердый раствор (αп), кристаллы которого и выделяются из β-твердого раствора и располагаются в виде мелкодисперсных включений внутри зерен основной фазы β. Такие избыточные кристаллы, выделяющиеся не из жидкости, а из твердой фазы, обозначаются αII (вторичные кристаллы), а сам процесс выделения новой фазы в твердом состоянии называетсявторичной кристаллизацией.
Рис.6.4. Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы образования структур сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии и с эвтектическим превращением
Все сплавы, расположенные между точками С и Е, называются доэвтектическими. Их кристаллизация будет начинаться с выделения кристаллов α-твердого раствора (например, сплава II в точке 1). В интервале кристаллизации (например, между точками 1 и 2) у этих сплавов будет структура (Ж + α). По линии ЕС в этих сплавах образуется эвтектика (α + β). После окончательного охлаждения Эти сплавы будут иметь структуру α + Эвтектика (α + β).
Все сплавы, расположенные между точками С и D, называются заэвтектическими. Их кристаллизация будет начинаться с выделения кристаллов β-твердого раствора (например, у сплава III в точке 1). В интервале кристаллизации (например, у сплава III между точками 1 и 2) эти сплавы имеют структуру (Ж + β). На линии CD у заэвтектических сплавов будет образовываться эвтектика (α + β).
При дальнейшем охлаждении заэвтектических сплавов в их структуре будут проходить последующие превращения, которых не было в доэвтектических сплавах. Причиной этих превращений является наклонный характер линии DF. Как уже было показано ранее, при наклонном характере кривой растворимости компонента А в компоненте В (линия DF) с понижением температуры предельная растворимость А в В становится меньше того количества А, которое в данный момент присутствует в сплаве. Поэтому из твердого раствора β будет выделяться αп. Следовательно, все заэвтектические сплавы ниже температуры эвтектического превращения (например, сплав III ниже точки 2) будут иметь следующую структуру: β + Эвтектика (α + β) + αп Эта структура содержит три структурных составляющих: β, Э(α + β) и αII.
Диаграмма состояния IV рода для химических соединений.
Такая диаграмма изображена на Рис.6.5.
Примером диаграмм этого типа является диаграмма состояния сплавов системы Mg‑Са.
Химическое соединение (например, АnВm) характеризуется определенным соотношением компонентов (например, n% компонента А и m% компонента В). На оси концентрации компонентов (ось абсцисс) химическое соединение обозначает точку, из которой выходит вертикальная линия, фактически разбивающая диаграмму на две простые диаграммы, в которых химическое соединение выступает уже в качестве самостоятельного компонента и, соответственно, образует эвтектики с компонентом А и с компонентом В.
Рис.6.5. Диаграмма состояния с устойчивым химическим соединением
Ликвидус
В системе переменного состава ликвидус является геометрическим местом точек в координатах Температура-Состав, отвечающим максимальному насыщению твёрдой фазой расплавленной фазы.
В стекольной промышленности точка ликвидуса важна, потому что кристаллизация может привести к порче продукта во время плавления и формирования стекла.
Источники
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Ликвидус» в других словарях:
ликвидус — линия, температура Словарь русских синонимов. ликвидус сущ., кол во синонимов: 2 • линия (182) • … Словарь синонимов
ликвидус — [ Словарь иностранных слов русского языка
ЛИКВИДУС — [liquidus жидкий] линия ликвидуса, поверхность ликвидуса графическое изображение зависимости температур начала равновесной кристаллизации расплавов или растворов от их состава. Выше температуры ликвидуса может существовать только жидкая фаза. На… … Геологическая энциклопедия
ликвидус — 1. Самая низкая температура, при которой металл или сплав находится в жидком состоянии. 2. На фазовой диаграмме равновесия местоположение точек, представляющих температуры, при которых для различных составов системы начинается кристаллизация при… … Справочник технического переводчика
Ликвидус — Liquidus Ликвидус. (1) Самая низкая температура, при которой металл или сплав находится в жидком состоянии. (2) На фазовой диаграмме равновесия местоположение точек, представляющих температуры, при которых для различных составов системы… … Словарь металлургических терминов
ликвидус — likvidas statusas T sritis chemija apibrėžtis Būsenos diagramos pusiausvyros linija, vaizduojanti lydymosi arba kristalinimosi pradžią. atitikmenys: angl. liquidication curve; liquidus; liquidus curve; liquidus line rus. кривая жидкости; кривая… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Ликвидус — (от лат. liquidus жидкий) линия ликвидуса, поверхность ликвидуса, графическое изображение зависимости температур начала равновесной кристаллизации растворов или сплавов от их химического состава (см. Двойные системы) … Большая советская энциклопедия
ликвидус — ликвидус, ликвидусы, ликвидуса, ликвидусов, ликвидусу, ликвидусам, ликвидус, ликвидусы, ликвидусом, ликвидусами, ликвидусе, ликвидусах (Источник: «Полная акцентуированная парадигма по А. А. Зализняку») … Формы слов
ЛИКВИДУС — (от лат. liquidus жидкий, расплавленный) темп pa начала равновесной кристаллизации р ров или сплавов. На диаграммах состояния линия или поверхность Л. множество точек (темп р) начала кристаллизации (в зависимости от хим. состава) … Большой энциклопедический политехнический словарь
ЛИКВИДУС — (от лат. liquidus жидкий, расплавленный), темп pa начала выделения (кристаллизации) индивидуальных тв. компонентов из р ра (сплава) при охлаждении. На диаграмме состояния линия или поверхность Л. множество точек (темп р) начала кристаллизации (в… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Диаграмма железо-углерод
Диаграмма железо-углерод – это графическое отображение структуры сплавов, состоящих только из железа и углерода, в зависимости от исходной средней концентрации углерода и текущей температуры сплава. Диаграмма железо-углерод позволяет понять процессы, происходящие при термообработке стали.
Диаграмма железо-углерод (железо-цементит). Упрощенная
Структуры на диаграмме железо-углерод
Напомним о 2 кристаллических формах железа:
Полиморфное превращение одной формы в другую при проведении термообработки сталей происходит при прохождении сплавами линии GSK.
Выделим 4 фазы в системе железо-углерод:
В зависимости от условий образования выделяют:
Необходимо так же выделить 2 структурные составляющие железоуглеродистых сплавов:
Структура перлита. Ф — феррит, Ц — цементит
Железо при этом переходит из γ-формы в α-форму. Механические свойства сильно зависят от размера (дисперсности) частичек, из которых состоит данный перлит.
Структура ледебурита. Ц — цементит, А — аустенит.
Повторяясь, напомним, что при прохождении сплавов ниже линии PSK (727°С) аустенит, входящий в состав ледебурита, претерпевает перлитное превращение, разделяясь на феррит и цементит. Ледебурит тверд и хрупок.
При комнатной температуре железоуглеродистые сплавы могут иметь различную структуру, а значит и свойства, хотя и состоят всегда всего из 2 фаз: феррита и цементита.
Некоторые элементы диаграммы железо-углерод
Выделим несколько границ на диаграмме железо-углерод:
Отметим несколько важных точек на диаграмме:
Часто значения температур, при которых происходят структурные изменения конкретного сплава обозначают буквами A:
Поскольку температуры фазовых переходов при нагреве и охлаждении слегка отличаются, то часто вводят дополнительные буквенные обозначения:
Чтение диаграммы железо-углерод
Состав сплава с данным исходным содержанием углерода при заданной температуре мы можем увидеть, двигаясь по вертикальной линии, соответствующей содержанию углерода в сплаве.
Рассмотрим, например, область AEC. С ней соседствуют области аустенита AESG и жидкой фазы. Сплавы в ней состоят из жидкой фазы и образующегося твердого аустенита. Как определить концентрацию углерода в разных фазах для данного сплава? Рассмотрим для примера сплав с исходной концентрацией углерода 2,5% при температуре 1250°С.
Проведем из этой точки графика «2,5% C – 1250°С» горизонтальную прямую. Пересечение этой прямой с линией AE, граничащей с областью аустенита, покажет концентрацию углерода в аустените при данной температуре (
Пересечение этой же горизонтальной прямой с линией AС, граничащей с областью жидкой фазы, покажет концентрацию углерода в жидкой фазе при данной температуре (
Именно таким образом мы можем определить концентрацию углерода в фазах любого сплава при заданной температуре:
Как видим, при концентрации углерода выше 2,14% насыщение охлаждаемого расплава углеродом всегда стремится к 4,3% (по линиям AC и DC) по мере приближения к температуре 1147°С (уровень ECF). Далее происходит превращение жидкости в ледебурит (эвтектику). Естественно, с этим же средним содержанием углерода.
По мере приближения к температуре 727°С (уровень PSK) концентрация углерода в аустените («свободном» и/или входящем в состав ледебурита) стремится к 0,8% (по линиям GS и ES). Далее происходит превращение аустенита в перлит (эвтектоид). Перлит, конечно, имеет среднее содержанием углерода 0,8%.
Классификация железоуглеродистых сплавов
Классификация железоуглеродистых сплавов в зависимости от концентрации углерода в сплаве:
Чугуны же выделяет наличие ледебурита, придающего им хрупкость. Поэтому чугуны не могут подвергаться ковке. Зато обладают лучшими литейными свойствами (чем стали), обусловленными наличием легкоплавкого ледебурита.
Термообработка сталей в ООО КВАДРО
Наше предприятие уже почти четверть века производит на заказ термообработку металлов в Санкт-Петербурге. Заказать термообработку у нас Вы можете, оставив Вашу заявку на электронной почте или позвонив нам.
Основные виды термической обработки металлов, осуществляемые на нашем предприятии на заказ:
Напоминаем так же, что у нас вы можете воспользоваться широким спектром методов металлообработки, включая фрезерные работы и токарную обработку.
Смотрите так же:
Добавить комментарий Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
