materialovedenie1 (Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Колосанов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин, Н.М. Рыжов, В.И. Силаева, Н.В. Ульянова - Материаловедение), страница 15

Число степеней свободы системы равно нулю: Для эвтектики характерно опрелеленнос количественное соотношение фаз, которое определяется отрезками пе!Рг = ЩСЕ, На рис. З.б,в в виде схемы показана пластинчатая эвтектика. Кристаллы и и )) в звтектике имеют форму пластин и равномерно чередуются между собой, образуя колонии.

При охлаждении звтектики при температуре ниже точки С состав ))-фазы не изменяется, а состав п-фазы, входящей в эвтектику, изменяется по линии ЕР, в результате чего выделяются вторичные кристаллы рв (см. рис. З.з). При температуре 20-25 "С состав эвтектики в сплаве будет иметь фазы: ар+ ))я+)) „. Однако в этом случае наблюдать под микроскопом фазу ()Пн не удается Так как эвтектика содержит фазы строго определенного состава и количественного соо пюшения, принято считать эвтектику (ах+))е) одной структурной составляющей (хотя ель дует помнить, что она состоит из двух фаз) с присущими ей характерными свойствами. Несмотря на то, что диаграмма состояния отражает только фа- зовый состав, тем не менее на ней часто указывают и структурный состав.

В доэвтектическом сплаве П (см. рис. 3.5) эвтектнческому превращению предшествует выделение кристаллов а из жидкого раствора в интервале температур точек 4-5. В результате этого выделения жидкая фаза обогащается компонентом В. В связи с этим охлаждение до температуры точки 5 приводит к образованию в сплаве днух фаз определенного состава ак+ Жс. Количество жидкой фазы определяется отрезком 5Е, а количество твердой фазы— отрезком 5С. При температуре точки 5 (эвтектическая температура) жидкая часть сплава превратится в эвтектнку.

При дальнейшем охлаждении доэвтектического сплава будет происходить изменение концентрации и-фазы„ не только находящейся в эвтектике„ но и первоначально выделившейся при охлаждении в интервале температур между точками 4-5 по линии ЕР. Конечная структура доэвтектнческого сплава показана на рис. 3.6,6. Для заэвтектнческого сплава 11' кристаллизация в интервале температур точек 6 †сопровождается выделением (3- фазы, богатой компонентом В, что приводит к обеднению жидкого раствора этим элементом.

Состав выделяющихся кристаллов р изменяется от точки б' до точки Р, а состав жидкой фазы-от точки б до точки С. Прн охлаждении до температуры точки 7 фазовый состав будет Ж,. + Ве; при этом количество (3-фазы определится отрезком С7 и жидкой фазы †отрезк 7К При температуре точки 7 жидкая 52 Зининомсрносгни 4ормиргминия структуры лготериояои х„хс «„хв В ' Пери (грвч.) вокруг. Рис. 3.7. Двмрамыа состоянии сплавов, ком- поненты которых ограниченно растворимы в твердом состоянии и образуют псритек- гиху часть сплава превратится в эвтектику (оя+ (3и).

Конечная структура такого сплава показана на рис. З.б,г. Все сплавы состава от точки Е до точки Р содержат структурную составляющую эвтектику, количество которой тем больше, чем ближе состав сплава к эвтектнческому. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которой ограниченно растворимы в твердом состоянии и образуют перитектику (рис. 3.7). В сплавах с содержанием компонента В меньше х, либо больше х- кристаллизация приводит к образованию однофазных сплавов и и (3 соот ветствеи но. Сплав П называют перитектическим. После предварительного выделения (3- кристаллов из жидкой фазы сплав при температуре !ч испытыиает перитектическое превращение, в результате которого жидкая фаза Ж, и твердая фаза (3, взаимодействуя между собой, образуют новую твердую фазу аг: Количество фаз Ж„н (3„, необходимое для образования фазы д„определяется соотношением отрезков Жа/(3„= ~с(сс(.

Подсчет числа степеней свободы при температуре а, и температуре перитек- тической реакции гв дает следующие значения: С = К+ 1 — Ф= 2+ ! — 2=1 при 1,; С = К + 1 — Ф = 2+ 1 — 3 = О При 1,. Следовательно, кристаллизация в двухфазной области протекает в интервале температур. При этом каждой температуре соответствует определенная конпентрапня фаз (при 1, фазовый состав характеризуется точками х, и х,). При перитектическом превращении в результате взаимодействия жидкого раствора с твердой фазой образуется новая тверлая фаза В сплавах до- и запернтектических при температуре перитектической реакции имеет место избыток жидкой фазы илн (3-фвзы соответственно. В связи с этим в заперитектических сплавах (сплав П1) перитектическая реакция заканчиваегся также образованием новой и;фазы.

но остается избыток (3-фазы: Жа + (37~ н + (3г1ычг В результате сплав приобретает структуру смеси, состоящей из кристаллов двух типов а, и (3 (рис. 3.8). Получающиеся смеси при перитектическом превращении характеризуются тем, что фаза, выделившаяся ранее ((3-фаза), окружена фазой, выделившейся позднее '.

Кроме этого, количественное соотношение фаз в такой смеси переменно: чем ближе состав сплава к пери- Рве. 3.8. Схема микроструктуры эаперятек- тического сплава Влияние химического состнаеа ка равновесную ояууктуру силовое 53 текгическому, тем в нем больше фазы ае Для доперитектнческих сплавов 1сплав 11 перитектическая реакция не приводит к полному затвердеванию сплава, так как наряду с вновь образовавшейся фазой и, сохраняется жидкая фаза: Жл+ Ь- о. + Жл1 У В интервале температур точек 2-3 из оставшейся жидкой фазы выделяются кристаллы и-фазы. Полное затвердевание сплава произойдет в точке 3, причем структура сплава будет однофазная, где трудно отличить кристаллы и„ образовавшиеся при перитектической реакции„от кристаллов и, образовавпшхся непосредственным выделением из жидкого раствора Диаграмма соспншин сплавов с полиморфным превращением одного из компонентов.

Большой практический интерес представляют сплавы, у которых оцнн из компонентои или оба имеют полиморфные превращения. В этих сплавах в результате термической обработки можно получать метастабильные состояния структуры с новыми свойствамн. Диаграмма состояния сплавов с полиморфным превращением одного из компонентов представлена на рис. 3.9. Сплав 1 после полного затвердевания при температуре точки 2 в твердом состоянии в интервале температур точек 3 и 4 изменяет кристаллическую струк-. туру. Это вызвано полиморфизмом компонента А, который до температуры точки А, имеет тип кристаллической решетки А„а при температуре более высокой — Аг Причем кристаллическая решетка А„такая же, как у компонента В, в результате чего между ними образуется непрерывный ряд твердых растворов.

В сплавах, составы которых лежат между точками х, и х, превращение у- а при охлаждении не заканчивается и д х х а д д Рис. 33Н Диаграмма состояния сплавов с полиморфным превращением одного иэ компонентов сплав остается двухфазным (т+ и). Сплавы, составы которых лежат правее точки х,„в тиердом состоянии превращений не имеют, структура у них однофазная — у. Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превршшениямя компонентов и звтептоидиым превращением. Из анализа диаграммы, представленной на рис. 3.10, можно заюпочитгч что после кристаллизации всех сплавов данной системы в определенном интервале температур образуется твердый раствор у, который при понижении температуры ниже г, испытывает эвтектоидное превра- Рвс.

3.10. Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превращениями компонентов и эвтектоидным превращением 54 закономерности 4ормировании структуры материи:шв щение: у; ах+ (3г. Образовавшуюся смесь двух твердых фаз принято называть эвтектоидом. В связи с переменной растворимостью компонентов в твердых растворах а и (3 при дальнейшем охлаждении следуют вторичные выделения твердых растворов. Наблюдаемые в микроскоп вторичные выделения (3я н ав показаны на структурной схеме сплавов, приведенной под диаграммой на рис. 3.10. Физические и механические свайсгва сплавов в равновесном состоянии.

Свойства сплава в значительной степени определяются фазовым составом, о котором можно судить по диаграмме состояния. Впервые на связь между видом диаграммы и свойствами указал Н. С. Курнаков. Для систем, образующих непрерывные твердые растворы, зависимость свойств от состава фаз изображается кривыми линиями, а для двухфазных смесей — прямыми линиями (рис. 3.!!). Эти закономерности указывают на зо, Лвриетоети Рве.

ЗД1. Закономерности Н. С. Курнакова что у твердых растворов такие свойства, как твердость НВ, удельное электрическое сопротивление р, коэрцитивная сила Н, и другие, всегда превосходят аналогичные свойства исходных компонентов. Упрочнение при сохранении пластичности твердых растворов используют на практике. Так, при растворении в железе кремния или марганца (в количестве 2%) прочность увеличивается в 2 раза, а пластичность снижается всего на !0;у. Растворение алюминия (в количестве 5%) в меди повышает прочность сплава в 2 раза, а пластичность остается на уровне пластичности мели. Твердые растворы обладают и другими уникальными физическими и химическими свойствами. При растворении М (в количестве 30%) в железе теряются ферромагнитные свойства при температурах 20 — 25'С; раствор, содержащий более 13% Сг, делает железо коррозионностойким.

В связи с этим твердые растворы получили широкое применение не только как конструкционные материалы, но и как материалы с особыми физическими свойствами. Большой практический интерес представляют технологические свойства твердых растворов. Сплавы в состоянии твердых растворов хорошо обрабатываются давлением и трудно — резанием. Литейные свойства твердых растворов, как правило, неуловлетворительные. Наилучшей жвдкотекучестью обладают эвтектические сплавы (см. рис. 3.11). Промежугочные фазы в большинстве случаев обладают высокими твердостью, температурой плавления и хрупкостью !карбиды, ингриды, бориды, оксиды и лр.). Закономерности, отмеченные Н. С.

Курнаковым, являются основой при разработке составов сплавов с заданными свойствами. Однако эти закономерности относятся к сплавам в равновесном состоянии, поэтому применение их ограничено. В.шнапс кнтнчегкого состава на равновеснут структуру сивавов 55 3.3. Диаграмма состоянии железоуглеродястых сялавов Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое болыпое значение имеет диаграмма состояния системы железо — углерод. Это объясняется тем, что в технике наиболее широко применяют железоуглеродистые сплавы. Имеются две диаграммы состояния железоу|леродистых сплавов: метастабильная, характеризующая превращения в системе железо — карбид железа (цемеп|ит), и стабильная, характеризующая превращение в системе железо— графит. На то, что система железо-графит является более стабильной, чем система железо-пементит, указывает тот факт, что при нагреве до высоких температур цементит распадается на железо и графит, т.

е. переходит в более стабильное состояние. Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом. Железо и углерод — элементы полиморфные. Железо с температурой плавления 1539'С имеет две модификации — и н у. Модификация Ге, существует при температурах до 911 'С и от 1392 до 1539'С, имеет ОЦК решетку с периодом 0,286 нм (при температуре Ю-25 С). Важной особенностью Ге„ является его ферромагнетизм ниже температуры 768 'С, называемой точкой Кюри. Модификация Ге, существует в интервале температур от 911 до 1392'С н имеет ГЦК решетку, период которой при 911 "С равен 0,364 нм. ГЦК решетка более компактна, чем ОЦК решетка. В связи с этим при переходе Ге„в Ге„ объем железа уменыпается приблизительно на 1;т Ге, парамагнитно.