чему соответствует линия солидус на диаграмме состояния

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 α_п. Следовательно, все заэвтектические сплавы ниже температуры эвтектического превращения (например, сплав III ниже точки 2) будут иметь следующую структуру: β + Эвтектика (α + β) + α_п Эта структура содержит три структурных составляющих: β, Э(α + β) и α_II.

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, А_nВ_m) 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

Источник

Диаграммы состояния сплавов

Процесс кристаллизации металлических сплавов, а также происходящих в них изменений при охлаждении до комнатной температуры принято изображать графически в виде так называемых диаграмм состояния. При их помощи удается наглядно и коротко описывать различные превращения в сплавах, например при закалке, отжиге и других операциях. Диаграмм состояния, как и сплавов, очень много, но здесь будут рассмотрены только диаграммы, наиболее типичные для некоторых цветных сплавов.

На рис. 9 приведен наиболее простой вид диаграммы состояния, каким является, например, диаграмма состояния сплавов меди с никелем (Cu—Ni), которые при кристаллизации из жидкого состояния образуют однородный твердый раствор при любых соотношениях компонентов. По горизонтальной оси диаграммы откладывают в процентах содержание компонентов в сплаве, а по вертикальной оси — температуру. Поле диаграмм сплава Cu—Ni делится двумя линиями anb и amb на три области. Выше линии anb, называемой линией ликвидуса, сплав находится в жидком состоянии и образует однородный жидкий раствор (ж.р.). Ниже линии amb, называемой линией солидуса, сплав находится в твердом состоянии и образует однородный твердый раствор (тв.р.). Между линиями ликвидуса и солидуса сплав находится в процессе кристаллизации, т. е. здесь одновременно существуют жидкий раствор и кристаллы выделяющегося из жидкости твердого раствора.

На левой вертикальной оси, в точке а, показана температура плавления или затвердевания меди 1083° С, на правой вертикальной оси, в точке b — температура плавления или затвердевания никеля 1452° С. По линии ликвидуса начинается кристаллизация сплава, а по линии солидуса — заканчивается затвердевание сплава. Отсюда ясно, что кристаллизация твердых растворов идет не при постоянной температуре, как у чистых металлов, а в некотором интервале температур.

Рассмотрим процесс кристаллизации сплава, содержащего 30% Ni. После достижения температуры 1240° С, соответствующей точке п на линии ликвидуса, начинается кристаллизация сплава. При температуре 1200° С, отвечающей точке t, сплав состоит из жидкого раствора и кристаллов твердого сплава. При дальнейшем охлаждении, когда температура сплава достигает 1170° С (точка т на линии солидуса), сплав целиком переходит в твердый раствор и таким остается при охлаждении до комнатной температуры и ниже.

На рис. 10 приведена диаграмма состояния сплавов, состоящих из свинца и сурьмы (Pb—Sb), которые, как говорилось ранее, обладают полной взаимной растворимостью в жидком состоянии, а при затвердевании образуют не твердый раствор, а механическую смесь кристаллов Pb и Sb.

В этом случае поле диаграммы разделено на пять областей линиями: ликвидуса acb, солидуса dсe и эвтектической cf. Выше линии ликвидуса сплав находится в жидком состоянии и представляет собой однородный жидкий раствор. Ниже линии солидуса сплав, состоящий из кристаллов свинца и сурьмы, находится в твердом состоянии. Между линиями ликвидуса и солидуса сплав находится в стадии кристаллизации.

Проследим за изменениями состояния сплава с изменением температуры при различных содержаниях свинца и сурьмы. Как видно из диаграмм, а также из рис. 8, чистые металлы начинают кристаллизоваться соответственно при 327 и 631° С, а эвтектика — при 245° С. Сплав, состоящий из 90% свинца и 10% сурьмы, начинает кристаллизоваться при температуре 270° С, отвечающей линии ас.

При этом из жидкости выпадают кристаллы чистого свинца. Этот процесс продолжается до температуры 245° С, отвечающей линии cd. Оставшаяся жидкость при 245° С превращается в эвтектику — механическую смесь кристаллов свинца и сурьмы. Таким образом, этот сплав в твердом состоянии состоит из кристаллов свинца и эвтектики. Аналогично сказанному изменяется состояние сплава, содержащего 20% свинца и 80% сурьмы, с той лишь разницей, что кристаллизация начнется при температуре 540°С и после затвердевания сплав будет состоять из кристаллов сурьмы и эвтектики.

В целях упрощения на рис. 11 приведена только часть диаграммы состояния сплавов алюминия с медью (Al—Cu). Эти металлы в жидком состоянии обладают полной взаимной растворимостью, а в твердом — ограниченной, к тому же зависящей от температуры. Поле диаграммы делится на несколько областей, из которых рассмотрим только области, прилегающие к левой стороне диаграммы, отвечающей деформируемым алюминиевым сплавам. Выше линии acb, как и в предыдущих случаях, сплав образует однородный жидкий раствор. В области треугольника acd одновременно существуют жидкий раствор и кристаллы твердого раствора меди в алюминии, обозначаемые а. В области adf находится только твердый раствор а, наконец, в области dfk находится в твердом состоянии сплав, состоящий из кристаллов а и химического соединения меди с алюминием CuAl2.

Характерной особенностью настоящей диаграммы является линия df, отвечающая предельной растворимости меди в алюминии. Как видно из диаграммы, максимальное содержание меди в алюминии достигается при температуре 548°С и составляет 5,65%. С понижением температуры содержание меди в твердом растворе а постепенно уменьшается. Так, например, при 400 и 300′ С, как это можно видеть по ходу линии df, содержание меди в твердом растворе соответственно составляет только 1,4 и 0,95%, а при комнатной температуре оно не превышает 0,2 %.

Проследим за изменением состояния алюминиевого сплава, содержащего 4% меди (дуралюмины Д1 и Д16) при медленном его охлаждении.

Выше линии ликвидуса (см. рис. 11) сплав находится в жидком состоянии. При температуре, отвечающей точке t1, сплав состоит из жидкости и кристаллов твердого раствора ос. В интервале температур t2 и t3 сплав находится в твердом состоянии и представляет собой твердый раствор, состоящий из алюминия и 4% меди. При дальнейшем охлаждении из твердого раствора выпадает химическое соединение CuAl2, вследствие чего концентрация меди в твердом растворе снижается по линии df. По окончании охлаждения до комнатной температуры структура сплава будет состоять из слабоконцентрированного твердого раствора ос и выпавших кристаллов CuAl2, распределенных главным образом по границам кристаллов а.

При вторичном нагреве сплава указанные превращения в нем будут происходить в обратном порядке, в частности химическое соединение CuAl2 вновь перейдет в твердый раствор и содержание меди в последнем будет возрастать по линии df. Если сплав, нагретый, предположим, до 520° С, вновь охладить, но не медленно, как это было показано выше, а быстро, погружая в холодную воду, то выделения химического соединения CuAl2 из твердого раствора не произойдет и сплав будет состоять только из кристаллов твердого раствора меди в алюминии. Такой раствор является пересыщенным и поэтому неустойчивым. Обычно твердость и прочность сплавов, состоящих из пересыщенных растворов, возрастают, изменяются также другие свойства.

Другим примером диаграмм состояния с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии может служить диаграмма сплавов меди с цинком. Часть такой диаграммы приведена на рис. 12. Как видно из диаграммы, предельная растворимость цинка в меди при комнатной температуре составляет 38% и практически не меняется до температуры 453° С. При дальнейшем повышении температуры растворимость цинка уменьшается и при 903° С составляет 32,5%. Сплавы меди с цинком при содержании цинка до 38%, называемые a-латунями и представляющие собой твердые растворы, обладают высокой пластичностью и потому хорошо обрабатываются давлением в холодном состоянии. Латуни с более высоким содержанием цинка также представляют твердые растворы, основой которых служит не чистый металл, а химическое соединение CuZn.

Эти латуни, как например Л59, обладают низкой пластичностью в холодном состоянии, но хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии.

Источник

Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов

Диаграмма состояния представляет собой графическое представление фазового состояния сплава и его критической точки в зависимости от температуры и концентрации в равновесии.

Фазовая диаграмма служит основой для определения фазового превращения, состава и количества фаз, структурных составляющих сплава, определяющих его механические, физические, химические и технические свойства.
Собственность.

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (сплавы твердые растворы с неограниченной растворимостью)

Диаграмма состояния и кривые охлаждения сплавов системы представлены на рисунке

Сначала получается тепловая кривая. Полученная точка переносится на диаграмму и приобретает диаграмму состояния, соединяющую начальную точку кристаллизации сплава и конечную точку кристаллизации.

Давайте проанализируем полученную цифру.

Количество компонентов: k = 2 (компоненты a и b).
Количество фаз: f = 2 (жидкий l, твердый раствор Кристалла）
Основная линия на рисунке: acb-это линия Ликвидуса, а сплав над этой линией-жидкое состояние. АДБ Солидус, и сплав под этой линией в твердом состоянии.

Характеристика сплава системы：

Точка перегиба (критическая точка) регистрируется на кривой охлаждения, что связано с уменьшением скорости охлаждения за счет выделения скрытой теплоты crystallization. In разделы 1-2, процесс кристаллизации продолжается с уменьшением в temperature. In в соответствии с фазовым законом 2-компонентной системы, в присутствии 2-фазы (жидкого и α-твердого раствора кристалла) число степеней свободы равно 1.

При достижении температуры соответствующей точке 2 сплав затвердевает, а при дальнейшем понижении температуры сплав в твердом состоянии охлаждается, состоящий из однородных кристаллов α-твердого раствора.

Количественный структурно-фазовый анализ сплава.
Используя диаграмму состояния, можно определить не только количество фаз, но и их состав и количественное соотношение в сплаве при любой температуре. Для этого используйте правила сегмента. Для количественного структурно-фазового анализа горизонталь (конус) рисуется в заданной точке до пересечения с ближайшей линией на диаграмме (Ликвидус, Солидус или ось компонентов).

Определение фазового состава в точке m：
Чтобы определить его, проведите горизонтальную линию через точку m, пока она не пересечется с Ликвидусом и Солидусом, которые являются ближайшими линиями на диаграмме. Состав жидкой фазы определяется проекцией горизонтального пересечения с линией Ликвидуса р на концентрационную ось.
Состав твердой фазы определяется проекцией горизонтального пересечения с линией Солидуса q (или осью компонента) на ось концентрации. Состав жидкой фазы изменяется вдоль линии Ликвидуса, в то время как состав твердой фазы изменяется вдоль линии Солидуса. При понижении температуры фазовый состав изменяется в сторону уменьшения содержания компонента В.

б) определение количественного соотношения жидкой и твердой фаз при заданной температуре (точка м) ：
Количественная масса фазы обратно пропорциональна сегменту коноды. Рассмотрим точку m и конус, проходящий через ее сегмент. Количество всего сплава (qsp) определяется сегментом pq.

Линия, примыкающая к Ликвидусу pm, определяет количество твердой фазы. Сегмент mq, примыкающий к Солидусу (или компонентной оси), определяет количество жидкой фазы.

Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в компонентов в твердом состоянии (механические смеси)

Диаграмма состояния и кривые охлаждения типичных сплавов системы представлены на рисунке

При образовании сплавов из механических смесей эвтектика состоит из компонентов а и кристаллов в: эвтектика. (возврат каретки. Возврат каретки.）

Эвтектический процесс кристаллизации сплава:к пункту 1, Сплав охлажен в жидкости state. At при температуре, соответствующей точке 1, начинается одновременная кристаллизация 2-х различных компонентов. Кривая температуры отмечена на кривой охлаждения. Процесс протекает при постоянной температуре. Это объясняется тем, что число степеней свободы становится равным нулю по фазовому закону 2-компонентной системы, в которой имеется 3 фазы (жидкости и кристаллы компонентов А и в).

В точке 1 / процесс кристаллизации завершен. Менее 1 балла/
Сплав охлаждается и состоит из неоднородно дисперсных кристаллов компонентов a и b. C) другие сплавы в системе аналогичны сплаву ii. Рисунок 5. 3. См. Кривую охлаждения сплава для процесса кристаллизации b. alloy ii: до пункта 1, Сплав охлажен в жидкости state. At при температуре, соответствующей точке 1, начинает формироваться центр кристаллизации избытка b, а на кривой охлаждения наблюдается точка перегиба (критическая точка), которая связана с уменьшением скорости охлаждения за счет выделения скрытой теплоты crystallization. In разделы 1-2, процесс кристаллизации продолжается с уменьшением в temperature. In в соответствии с фазовым законом 2-компонентной системы, при наличии 2-фазы (жидкой и компонента в-кристалла) число степеней свободы равно 1.

При охлаждении состав жидкой фазы изменяется на эвтектический по линии Ликвидуса. В области 2-2 происходит кристаллизация эвтектики (см. Кристаллизация эвтектического сплава). Ниже пункта 2 сплав, состоящий из кристаллов, сначала охлаждается.
Избыток кристаллизованного компонента В и эвтектики.

Схема микроструктуры сплава представлена на рисунке

При проведении количественного структурно-фазового анализа конноды, проведенные через определенные точки, пересекают линию Ликвидуса и ось компонента, поэтому состав твердой фазы составляет 100% компонента А или 100%компонента В.

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Диаграмма состояния и кривые охлаждения типичных сплавов системы представлены на рисунке ниже

При концентрации компонента, не превышающей предельных значений (сечения am и nâ), сплав кристаллизуется так же, как и сплав, содержащий твердый раствор с неограниченной растворимостью. См. Кривую охлаждения для сплава i на рисунке 1. Если концентрация компонента 5. 5 b превышает предел (в разделе dcf）

Сплав кристаллизуется как сплав в механической смеси. См. Кривую охлаждения сплава ii На рисунке 2. 5. 5 б

Сплав с концентрацией компонентов, соответствующей точке С, является эвтектическим сплавом. Сплав состоит из мелкодисперсных кристаллов твердых растворов α и β. (возврат каретки. Твердый раствор α+Красный твердый раствор β) кристаллов компонента в чистом виде не существует ни в одном сплаве.

Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения

Диаграмма состояния сплавов представлена на рисунке ниже

Диаграмма состояний является сложной и состоит из нескольких простых диаграмм. Количество компонентов и число фигур зависит от количества соединений, составляющих основные компоненты системы. Количество фаз и внешний вид простого чертежа определяются характером взаимодействия между компонентами.
eut1 (КР. Возврат каретки. Ambn）;
eut2 (КР. Б + СГ. Амбн).

Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (переменная растворимость)

Диаграмма состояния показана на рисунке.
По внешнему виду этот рисунок напоминает диаграмму состояния сплава, в котором растворимость компонентов в твердом состоянии ограничена. Разница заключается в том, что линия конечной растворимости компонента не перпендикулярна оси концентрации. При понижении температуры появляется область, в которой вторичная фаза осаждается из однородного твердого раствора.

Кривая охлаждения сплава I представлена на рисунке ниже.

Процесс кристаллизации сплава i: до пункта 1, Сплав охлажен в жидкости state. At при температуре, соответствующей точке 1, центр кристаллизации твердого раствора α начинает form. In разделы 1-2, процесс кристаллизации продолжается по мере того как температура уменьшает. Когда вы достигнете

При температуре, соответствующей точке 2, сплав затвердевает, а при дальнейшем понижении температуры сплав охлаждается в твердом состоянии, состоящем из однородных кристаллов твердого раствора α.

При достижении температуры, соответствующей точке 3, оказывается, что твердый раствор α насыщен компонентом в, а при низких температурах растворимость 2-го компонента снижается, поэтому из Альфа-раствора начинают осаждаться избыточные компоненты в виде кристаллов βn. После пункта 3, сплав кристаллы α твердого раствора и
Вторичный Кристалл βn твердого раствора

Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния

Вид диаграммы и свойства сплава зависят от соединений или фаз, образующих компоненты сплава, поэтому между ними должна быть определенная связь. Эта зависимость установлена крнаковым на рисунке ниже.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник