Глава 5. Влияние химического состава на структуру и свойства Ме

 

§1. Представление о диаграммах фазового равновесия (диаграммах состояния – ДС)

 

Пример: процесс кристаллизации расплав-кристалл (ж-тв)

С = 1+1-2 = 0, такое превращение безвариантное и идет при постоянной температуре.

С = 2+1-2 = 1, кристаллизация твердого раствора обязана идти в интервале t_н – t_к, есть 1 степень свободы.

 

Общий закон выглядит так:

«Любое превращение подчиняется физическому правилу фазового равновесия, которое устанавливает четкое соответствие между числом компонентов К, числом фаз Ф и числом степеней свободы С, которые можно менять не влияя на фазовый состав»

К – А, В, С, …

Ф – ж, А, В, А(В), А_mB_n, …

С – t, P, концентрационный компонент.

 

При Р = const, С = К+1-Ф.

Выводы:

1. Условия протекания и превращения не случайны, температура начала и конца любого превращения названа критической точкой, например:

На любой диаграмме состояния между одинарными фазами есть двойные.

 

2. Совокупность критических точек начала и конца превращения образуют границу фазовых областей.

 

3. Диаграмма состояния показывает расположение всех границ фазовых областей в зависимости от составов сплавов и температуры.

 

§2. Основные (типичные) типы диаграммы состояния, их фазовый и структурный анализ

 

1. ДС сплавов, компоненты которых не ограниченно растворимы друг в друге.

- одинаковые решетки.

Фазовый анализ:

1) описать все фазы;

2) указать их на диаграмме;

3) для любых фаз диаграммы указать их состав и количество каждой фазы.

 

Итак, проведем анализ этой диаграммы:

1) ж – расплав, α – твердая фаза.

Точка 1 – фаза 1, α – твердый раствор (100%), химический состав α_х1.

Точка 2 – фаза 2, α+ж, температура t₂.

2) химический состав: если фаз две, то химический состав определяется по правилу концентраций – проводят горизонталь до пересечения с ближайшими линиями, точка пересечения с границей показывает химический состав.

ж_хж + α_хα, количество определяется по правилу обратных отрезков:

, , .

 

Структурный анализ.

Для любого сплава описать конечную структуру, она зависит от тех превращений, которые были в сплаве при охлаждении, любой сплав прошел одинаковое превращение. В данном случае все сплавы прошли одинаковое превращение, все они будут иметь одинаковую конечную структуру.

 

1. ДС сплавов, компоненты которых не растворимы друг в друге.

Фазы: ж, крист. А и В.

Структурный анализ.

Х_Хс —> А+В

С = К+1-Ф = 2+1-3 = 0, эвтектическая (безвариантная), [А+В] – эвтектика.

 

Все сплавы будут содержать эвтектику, фазовых структур будет видно 3, а фаз – 2.

 

1. ДС сплавов, компоненты которых обладают ограниченной переменной растворимостью.

Фазы: ж, В, α-твердый р-р, А(В).

 

1. ДС сплавов, компоненты которых имеют полиморфное превращение (меняется кристаллическая решетка).

 

Фазы: ж, α, β, γ – твердые растворы.

 

§3. Значение диаграммы состояний

 

1) по диаграмме состояний для любого сплава можно установить все превращения. Конечную структуру, получить представление о его механических свойствах;

2) по ДС можно предсказать характер изменения физических свойств;

3) по ДС можно определить технологические свойства сплавов, легче деформируется диаграмма (1), чем (2) – см. предыдущий параграф;

4) лучшие литейные качества имеет эвтектический сплав;

5) по ДС для любого сплава можно указать какую термическую обработку, с какой целью для него можно применить. Любой сплав при нагреве может оказаться всего в 3-х ситуациях:

- нет никаких превращений вплоть до начала плавления – (1) и (2);

- сплав при нагреве проходит через линию переменной растворимости (3);

- изменяется тип кристаллической решетки при нагреве сплава (4).

 

ЧАСТЬ 2

 

Термическая обработка сплавов

 

Любая термическая обработка (ТО):

Основные операции:

1. Отжиг – температуры различные, в зависимости от цели, как правило медленный нагрев, длительные выдержки, всегда медленное охлаждение (20-200˚С/час с печью).

2. Закалка – температура разная, но всегда связана с критической точкой, всегда используется быстрое охлаждение (масло - 60˚С/час, вода - 600˚С/час, вода+NaCa(10%) – 1200˚С/час)

Цель: получить не равновесную структуру.