Диаграмма. Состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии с эвтектикой

 

 

Диаграмма представлена на рис. 2.

Имеем: компоненты А и B, фазы - жидкий раствор Ж, твердые растворы α и β. Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно в твердом и не образуют химических соединений.

На приведенной диаграмме t_ACt_B – линия ликвидус, линия t_AECFt_B – линия солидус.

 

Твердый раствор α образован на базе компонента А. Область его существования ограничена линией t_AES, часть которой ES вертикальна, что указывает на постоянную растворимость компонента и в решетке компонента А во всем интервале температур ниже t_э (в приведенном примере 10 %).

В отличие от этого, состав твердого раствора В, образованного на базе компонента О, при понижении температуры изменяется. Обратите внимание на то, что растворимость компонента

А в решетке компонента В максимальна при температуре, т.е. отвечает точке г (в нашем примере 20 %), и с понижением температуры уменьшается в соответствии с ходом линии FK до 5 %, что отвечает 95 % компонента B).

Б отличие от сплавов, лежащих левее линии ES и правее FК, являющихся однофазными, сплавы, лежащие между этими линиями, находятся за пределами растворимости и являются двухфазными, состоящими из кристаллов Лий, образующих разные структуры.

Линия ECF называется линией "эвтектического превращения, которое состоит в одновременном выделении из жидкости кристаллов твердого раствора β, состава точки

E и твердого раствора β состава точки F. Запомните, что механическая смесь двух (или более) разнородных кристаллов, одновременно кристаллизующихся из жидкости, называется эвтектикой. Эвтектическую реакцию можно записать в следующем виде:

Эвтектическое превращение протекает при постоянной температуре t_Э, так как при этом в двухкомплектном сплаве одновременно сосуществуют при фазы: одна жидкая и две твердых, в связи с чем число степеней свободы при этой температуре равно нулю

 

(реакция нонваривнтая):

 

С = К – Ф + 1 = 2-3+1 = 0.

 

Следует усвоить, что количества каждой из фаз в эвтектической смеси могут быть определены с помощью второго правила отрезков:

 

Сплав I называется эвтектическим (наиболее легкоплавким). Сплавы, лежащие левее точки С, называются доэвтектичеокими,а правее заэвтектическими.

При температурах выше t_Э эвтектический сплав находится в жидком состоянии, а при достижении этой температуры вся его масса претерпевает эвтектическое превращение по описанной выше. схеме. Обратите внимание, что на кривой охлаждения (рис. 2) этому превращению отвечает температурная остановка (т.к.C=О), длительность которой определяется массой кристаллизующейся жидкости. Последующее охлаждение сплава продолжается только после. полного завершения эвтектической реакции. Конечная структура сплава - пластинчатая эвтектика (может быть и другое ее строение) изображена на рис. 2.

В отличие от сплава |,в заэвтекгическом сплаве || эвтектическому превращению предшествует выделение из жидкого раствора в интервале точек 1-2 кристаллов β, обогащенных компонентом О, в результате чего жидкая фаза обедняется этим компонентом.

Уясните, что при охлаждении до эвтектической температуры (точка 2) состав кристаллов β изменяется в соответствии с линией МF, а жидкости - в соответствии с линией 1C. При достижении этой температуры количество первичных кристаллов ft состава точки F определяется отрезком С2, а количество оставшейся жидкости состава точки С - отрезком 2F. Эго количество жидкости, составляющее часть массы сплава (а не всю массу, как в сплаве I),при температуре точки 2 превращается в эвтектику (α +β).

При дальнейшем охлаждении сплава II вследствие, уменьшения растворимости компонента A в решетке компонента B по линии FK будет происходить распад твердого раствора β с выделением в этой фазе вторичных кристаллов α состава точки S. (Необходимо уяснить, что это относится как к β-фазе, выделившейся из жидкости выше линии ECF, так и к находящейся в эвтектике).

Конечная структура сплава II β+эвтектика (α+.β)+α_||

В сплаве

Первичная кристаллизация, происходящая в интервале температур между точками 4 и 5, сопровождается изменением состава твердой фазы по линии L5, а жидкой - по линии 4N. Она заканчивается образованием β - твердого раствора", состав которого соответствует составу сплава. Такая однофазная структура сохраняется до температуры точки 6.. • При охлаждении сплава ниже точки 6, по мере уменьшения концентрации в твердом растворе β, избыточное количество компонента А выделяется из этой фазы в виде кристаллов α||. состава точки S, как и в предыдущем случае. Таким образом, конечная структура рассматриваемого сплава - кристаллы В -твердого раствора с выделениями в них вторичных кристаллов α||. Кристаллизация доэвтектических сплавов (т.е. лежащих между точками E и C) начинается на линии tAC выделением из жидкости кристаллов α-твердого раствора. При температуре tЭ остаток жидкости превращается в эвтектику (α+β),и конечная их структура состоит из этой эвтектики, количество которой тем больше, чем ближе состав сплава к эвтектическому, и кристаллов α -твердого раствора без выделений вторичных кристаллов. Заканчивая изучение диаграммы, обратите внимание на го, что при одинаковом фазовом составе сплавов в диапазоне концентраций от точки 5 до точки К (α и β -твердые растворы) их конечные структуры различны, чем определяется различие их свойств. Уясните также, что протяженность областей существования твердых растворов α и β зависит от взаимной растворимости компонентов А и В. При полном отсутствии растворимости эти области отсутствуют и диаграмма имеет вид, изображенный на рис. 3.   Рис.3     Практическая работа КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ Цель работы: ознакомиться с классификацией и маркировкой легированных сталей.

Общие указания

Легированными сталями называют стали, содержащие в своем составе, кроме железа и углерода, специально введенные элементы, которые способны изменить ее строение, а следовательно, и свойства.

В соответствии, с общепринятой классификацией, все химические элементы, содержащиеся в стали, можно разделить на четыре группы:

1. Постоянные или обыкновенные примеси. К этой группе относятся марганец, кремний, алюминий, титан, которые попадают в сталь в процессе раскисления и находятся в стали в незначительном количестве. К постоянным примесям следует отнести серу и фосфор.

2. Скрытые примеси. Это кислород, водород и азот, присутствующие в любой стали в очень малых количествах.

3. Случайные примеси. К этой группе относятся примеси, попадающие в сталь из шихтовых материалов или вследствие каких-либо случайных причин (например, при переплавке металлического лома – луженого, оцинкованного).

4. Легирующие элементы. Это элементы, специально вводимые в сталь в определенных количествах с целью изменения ее строения и свойств.

Для легирования стали наиболее часто применяют хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, ванадий, молибден, титан, медь и др.