lectures (Лекции), страница 3

2) Начинается процесскристаллизации. Скорость охлаждения падает. Уменьшается температура (кристаллизацияидет при падении температуры). 3) Скорость охлаждения снова увеличивается.Сплавы компонентов, неограниченно растворимых друг в друге в твердом состояниикристаллизуются при переменной температуре, то есть в диапазоне температур. В этомдиапазоне при каждой фиксированной температуре весовое соотношение жидкости итвердого вещества строго определенное.3. Кристаллизация сплава компонентов не растворимых друг в друге в твердомсостоянии. Атомные параметры элементов не совместимы.Кристаллизация идет в два этапа:– кристаллизация чистых кристаллов одного из компонентов (А) происходит припеременной температуре.

Химический состав оставшейся жидкости меняется(изменяется процентное содержание А в жидкости).– Одновременная кристаллизация компонентов А+В происходит при постояннойтемпературе. Образование смеси А+В происходит при строго определенномсоотношении между компонентами А и В в незакристаллировавшейся жидкости.Эвтектическая смесь – легкоплавкая смесь. Температура, при которой происходитобразование такой смеси называется температурой эвтектического превращения.Температура и химический состав эвтектики являются постоянными для каждой парывеществ.Диаграммы состояния.Рассматриваются только бинарные сплавы.Диаграмма состояния – график, описывающий изменение структурного и фазовогосостава сплава при изменении температуры.

Диаграммы состояния строятся в координатахтемпература – химический состав. Все диаграммы строятся экспериментально.Существует несколько основных типов диаграмм состояния бинарных сплавовметаллов:Диаграммы I рода.Компоненты не растворимы друг в друге в твердом состоянии.11Основные линии диаграммы:abc – линия ликвидус – геометрическое место точек начала кристаллизации сплавовразличного химического состава: Выше этой линии все сплавы находятся в жидкомсостоянии.

L – liquid.dbe – линия солидус – геометрическое место точек конца процесса кристаллизации;Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии.abd и bce – двухфазное состояние сплавов – происходит процесс кристаллизации.Точка b – точка эвтектики; xb – эвтектический состав для данной пары компонентов.Анализ превращений на диаграмме состояния каждого сплава необходимо вестивдоль вертикальной линии, проходящей через точку на оси химического состава,определяющую суммарный химический состав сплава.

То есть состав сплава определяетсяточкой на диаграмме с координатами температура–химический состав.Структура и фазовыйсостав будет определяться областью, в которую попадет эта точка. Сплав (3) – эвтектическийсплав, включающий в себя оба компонента; кристаллизуется аналогично чистымкомпонентам при постоянной температуре.Диаграммы II рода.Компоненты неограниченно растворимы друг в друге в твердом состоянии.Компоненты имеют близкие атомные параметры и кристаллические решетки.α – твердый раствор компонентов А и В друг в друге.

Для разных веществхимический состав кристаллов α будет разный. Кристаллы в ходе кристаллизации имеютразный химический состав между точками (1) и (2). Диаграммы такого типа имеюткомпоненты близкие по атомным параметрам и по типу кристаллической решетки.Диаграммы III рода.Компоненты ограниченно растворимы друг в друге.12abc – линия ликвидус; Xb – химический состав эвтектики.adec – линия солидус.df, eg – линии предельной растворимости в твердом состоянии.α – ограниченный твердый раствор компонента А в компоненте В.β – ограниченный твердый раствор компонента B в компоненте А.Сплав (1): Выше t1 – охлаждение с высокой скоростью, зависящее от внешнихусловий.

1-2 – первичная кристаллизация, образование α твердого раствора. Вследствиенизкого содержания компонента А в исходном сплаве при достижении t2 весь компонент Арасходуется на образование α-кристаллов, следовательно в точке 2 – однофазный твердыйсплав. 2-3 – остывание сплава; превращений нет. Ниже температуры t3 – точка 3соответствует достижению α-кристаллического состояния насыщенности, дальнейшеепонижение температуры приводит к выделению избыточного компонента А за счетдиффузии в небольшие зоны на границе кристаллов.

Эти зоны превращаются в мелкиекристаллы β, то есть происходит вторичная кристаллизация внутри твердой фазы.Сплав (2): Процесс аналогичен образованию эвтектики, толь ко вместо чистыхкомпонентов А и В – α- и β-твердые растворы.Сплав (3): Выше температуры t4 – охлаждение сплава – превращений нет. t4 – t5 –первичная кристаллизация α-кристаллов, при этом содержание компонента А в жидкостиуменьшается и состав жидкости постепенно приближается к эвтектическому (при t5). 5–5' –состав жидкости соответствует эвтектическому, идет образование эвтектики (температурапостоянна).

Температура ниже t5 – охлаждение сплава, вторичная кристаллизация собразованием βΙΙ-вторичных кристаллов. Для заэвтектической области процессы и кривыеохлаждения сплавов аналогичны, только α- и β-кристаллы меняются местами.Диаграммы IV рода.Компоненты образуют в твердом состоянии химические соединения.13Диаграммы для компонентов, образующих химические соединения, определяютсячислом возможных химических соединений, и представляют собой совокупность диаграммразличного типа 1, 2 или 3.

В каждой из этих диаграмм чистые компоненты исоответствующие химические соединения могут играть роль как чистых компонентов, так иосновы для твердых растворов. Это определяется физическими свойствами компонентов иих соединений. Важно, что на графике диаграммы надо обеспечить стыковку на важнейшихточках линии ликвидус и солидус (должна получиться одна общая линия).Правило отрезков.Правило отрезков применяется для двухфазных областей диаграммы. С помощьюправила отрезков можно для сплавов постоянного химического составаопределить приизменении 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 линииde можно применить правило отрезков.

Выберем сплавопределенного химического состава x и рассмотримприменение правила отрезков для этого сплава притемпературе t1. Общее состояние сплава определяетсяточкой f.Правилоотрезковпозволяетопределитьотносительное количество фаз.gfhf1) Фазы L+B: L f =⋅ 100%; B f =⋅ 100%ghgh2) Химический состав фаз: x L = x h ; x B = x g = 100% BОтносительное количество фаз определяется отношением соответствующей частигоризонтального отрезка, проведенного для заданной температуры t1 – до пересечения сграницами области к общей длине этого отрезка.Химический состав фаз при заданной температуре определяется проекцией точекпересечения горизонтального отрезка с заданными границами областей на ось химическогосостава.Правило отрезков для диаграмм II рода.14Дляa1b2работаетправилоотрезков:gfhfLf =⋅ 100%; α f =⋅ 100% ; x L = x h ; xα = x gghghХимический состав фаз для рассматриваемой областиопределяется проекциями точек, попадающих на границу собластью, занимаемой соответствующей фазой, то есть вдонном случае точка g на границе с областью α – определяетхимический состав α-кристаллов, точка h на границе собластью L – определяет химический состав жидкости.Применим правило отрезков для точек 1, f и 2 сплаваx.

При этом химический состав образующихся α-кристалловбудет меняться от x, через xg до исходного состава x в соответствии с правилом отрезков, тоесть при кристаллизации α-кристаллы, образующиеся на разных этапах кристаллизацииимеют разный химический состав.Это противоречие связано с тем, что рассматриваемая нами диаграмма состоянияявляется равновесной, то есть:а) Процесс фазового превращения происходит бесконечно медленно;б) Происходит диффузионное выравнивание химических составов каждой фазы;В действительности:а) Скорость кристаллизации конечна;б) Полного выравнивания химического состава твердой фазы не происходит, то есть всоставе образовавшейся твердой структуры остаются α-кристаллы с отличающимся отсреднего химическим составом.

Это явление носит название химической ликвации.Ликвация – процесс, при котором часть структуры сплава отличается по своемухимическому строению от основного состава. В реальных сплавах всегда происходитпроцесс ликвации.Правило отрезков для диаграмм III рода.Применим правило отрезков для линий adf, fdeg иceg. Для сплава состава x при температуре ti (точка i).

Двеkiijфазы: жидкость и α-кристаллы: Li = ⋅ 100%; α i = ⋅ 100% ;kjkjx L = x j ; xα = x k .Для сплава x при температуре tl (точка l). Две фазы αnlmlи β: Lα =⋅ 100%; Lβ =⋅ 100% ; xα = x m ; x β = x n .mnmnДля двухфазной области fdeg правило отрезков такжеработает. Изменение относительного количества ихимического состава в этой области происходит за счетизменения растворимости компонентов друг в друге и соответствующих диффузионныхпроцессов перераспределений внутри сплавов.Диаграммы. Состав. Свойства. Диаграмма Курнакова.Курнаков установил, что между типом диаграммы сплава и изменением его свойствпри изменении состояния имеется соответствие. В его основе:1) Изменение физических свойств твердых растворов существенно нелинейно зависитот их химического состава.2) Изменение свойств механических смесей линейно связано с изменениемотносительного количества кристаллов в смеси.15Эта связь позволяет:1) При исследовании новых сплавов и определении их свойств существенно сократитьобъем исследований, так как характеристика соответствующего графика известна.2) На основе характеристик изменения свойств сплава уточнить соответствующиеструктуры превращения в нем.Сплавы железа и углерода.Диаграмма железо-цементит.Диаграмма Fe-Fe3C является частью диаграммы железо-углерод.Общие принципы построения диаграммы.В основе всех превращений лежат следующие явления:1) Наличие у железа нескольких вариантов кристаллической(аллотропические модификации).