строение (557054), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Днаграмма состоннна зете «тнческого твоа с ограннченной ра стварнмостью компонентов в тавр дом состонннн Рнс. 34. Схемы мнмроструктур сплавов: а — а-твердый раствор: б — а-твердый раствор с поеледующнм выделеннем вторнчной фазы р; з — дозвтектнчеекнй сплав; а — звтсктнчеекнй сплав растворимости компонента В в решетке компонента А. Предельная растворимость компонента А в решетке компонента В определяется линией /и ((1-твердый раствор). Обе линии (Ьс и /уп) называются линиями сольвуса. Кривые аЕ и Ей, пересекающиеся в точке Е,— линии ликвидуса (начало кристаллизации). Линии аЬ и с(/ составляют линии солидуса (конец кристаллизации). Точка Е называется эвтектической точкой и отвечает составу сплава, начинающего затвердевать при одновременной кристаллизации фаз а и () в виде эвтектической смеси (эвтектики).
Отрезок прямой ЬЕ/ называется эвтектической горизонталью. Сплавы, лежащие левее точки Е, называют доэвтектическими, а сплавы, лежащие правее нее, — заэвтектическими. Сплавы, в которых концентрация второго компонента меньше предела растворимости в твердом состоянии при комнатной температуре, т.
е. лежащие левее точки с, кристаллизуются, как однородные бс-твердые растворы (рис. 34, а). Сз Все сплавы, лежащие в пределах эвтектической горизонтали, будут в последней стадии кристаллизации об- е разовывать эвтектику, состоящую из смеси мелких кристаллов а- и ()-твер- ж./3 дых растворов (рис. 34, г). При этом /3 в доэвтектических сплавах эвтекти- б Г ческой кристаллизации будет пред- ос /3 шествовать выделение первичных кристаллов а-твердого раствора (рис. 34, е), а в заэвтектических — выде- с лт ление первичных кристаллов ))-твер- д% е дого раствора.
В сплавах, лежащих под (кривыми предельной растворимости в твердом состоянии Ьс и /и, ~о при охлаждении ниже этих линий наблюдается образование двухфазной структуры (а + р). Например, при охлаждении а-твердого раствора ниж а,й„„з же линии вс избыточные атомы компонента В, выходя из решетки сствердого раствора, образуют решета йвйо 8'Авйо ку компонента В, которая растворя- ет некоторое количество атомов комй ймг„ понента А, т. е.
образуется вторая фаза в виде кристаллов вторичного р й й д ~ - т е р до г о р а с т в о р а ( ~ 1 ~ ) . 3 г и м и од вов с обйааоаавкам стойкого ввмв- черкивают, чтО фазы выдЕлялиСЬ иэ оа о твердого раствора, а не из жидко- го. Конечная структура данного сплава будет состоять из двух фаз: первичных кристаллов а (основа сплава) и вторичных кристаллов рп (рис.
34, б). Системы, имеющие рассмотренный тип диаграммы состояния, многочисленны. К ним относятся серебро — медь, хром — никель, цинк — кадмий, свинец — сурьма, алюминий — кремний и др. Диаграмма состояния сплавов с образованием устойчивого химического соединения Рассмотрим простейший случай, когда оба компонента образуют одно устойчивое химическое соединение А В„, причем ни это соединение, ни чистые компоненты не образуют твердых растворов.
Химическое соединение считается устойчивым, если оно плавится без разложения. В таком случае его можно считать самостоятельным компонентом, а соответствующую диаграмму состояния следует рассматривать как диаграмму состояния двух систем: А — А В„ и А „— В (рис. 35). Каждая из полученных таким образом частей представляет собой простую, рассмотренную выше систему.
В одной и той же системе возможно образование нескольких химических соединений. Диаграмма состояния в этом случае будет состоять из нескольких диаграмм. Примером может служить диаграмма состояния сплавов меди с магнием, которая имеет два максимума, соответствующих химическим соединениям СпвМй и СпМйв. Диаграммы состояния сплавов с полиморфными превращениями компонентов Полиморфные превращения компонентов происходят во многих промышленных сплавах на основе железа, титана и др.
Различные кристаллические формы одного и того же вещества обозначают начальными буквами греческого алфавита: а, 3, у и т. д. (в порядке повышения температурных интервалов их существования). Вид диаграммы состояния зависит от того, какие фазы образуются в процессе полиморфных превращел в' ний в сплавах. При этом установ- Ж лено много различных вариантов фазовых равновесий, каждое из йсг жх которых подчиняется правилу фаз Я Гиббса. Ограничимся лишь рассмотрением практически важной тз г' диаграммы с полиморфным и эвтек- ар г тоидным превращениями одного из компонентов (рис.
36). от+а Диаграмма состояния показывает, что фазы сс и р представляют собой граничные твердые растворы на основе низко- и высокотемпературных модификаций полиморфно. го компонента А, а фаза у — граничный твердый раствор на основе компонента В. Линия ЕР является эвтектической горизонталью, а точка С— эвтектической точкой. Аналогично этому, линию РК называют эвтектоидной горизонталью, а точку Я вЂ” эвтектоидиой точкой. При эвтектоидной температуре происходит превращение твердого раствора р, состав которого отвечает точке 5, в смесь, состоящую из кристаллов а- и у-твердых растворов, составы которых отвечают !з соотвегственноточкам Р и К по схеме: рз -ар + у„.
Такая смесь называется эвтектоидиой смесью или эвтектоидом. А указанное превращение, подобное нонвариатному эвтектическому, происходящее путем распада твердого раствора иа смесь из двух твердых фаз, получило название эвтектоидиого. Отличие этого превращения от эвтектического заключается в том, что распадается не жидкий, а твердый раствор. Сплав, отвечающий по составу точке 5 называется эвтектоид; ным.
Сплавы, расположенные левее точки 5 — доэвтектоидными, а лежащие правее точки 5 — заэвтектоидными. Линии ЕЯ и РЯ указывают на характер изменения растворимости компонента В соответственно в высокотемпературной ()- и низкотемпературной а-модификации компонента А в зависимости от температуры.
Выделяющиеся из а-раствора у-кристаллы называются третичными (в отличие от первичных у-кристаллов, выделяющихся из жидкости, и вторичных у-кристаллов, выделяющихся из р-раствора). Линии РК и КМ показывают, как изменяется растворимость 5- и а-модификаций компонента А в компоненте В с температурой. Фазовые превращения в сплавах в твердом состоянии существенно изменяют структуру сплавов. Так, строение эвтектоида 57 обычно тоньше, чем звтектики. С увеличением степени переохлаждения р-фазы возрастает дисперсность кристаллов звтектоида, благодаря чему можно в широких пределах изменять механические и физические свойства сплавов.
Диаграмма состоянии железо — углерод Среди диаграмм состояния металлических сплавов большое значение имеет диаграмма состояния железо — углерод. Это объясняется тем, что в технике среди металлических материалов широко применяют сплавы желева с углеродом. Имеются две диаграммы состояния железоуглеродистмх сплавов: метастабильная, характеризующая превращения в системе железо — карбид железа, и стабильная, характеризующая превращения в системе железо— графит. Диаграмма состояния железо — карбид желева имеет главное значение, так как лля большинства сплавов превращения реализуются по этой диаграмме.
Поскольку карбид железа представляет собой цементит (РеэС), то метастабильную диаграмму железоуглеродистмх сплавов называют диаграммой состояния железо — цементит (Ре — Ре,С). Камнснснты и фазы з салагах Железо и углерод — элементы полиморфные. Железо принадлежит к УП1 группе периодической система. Температура плавления 1539'С.
Железо имеет две полиморфные модификации: а и 7. Модификация Ре„существует в двух интервалах температур: до 911 'С и от 1392 'С и имеет о. ц. к. решетку с периодом 0,286 нм при комнатной температуре. Важной особенностью Ре„ является его ферромагнетиэм ( 768 'С, называемой точкой Кюри. Модификация Рег существует в интервале температур от 911 до 1392 'С и имеет г. ц. к.
решетку, период которой при 911 'С равен 0,364 нм. Рет парамагнитио. Решетка г. ц. к. более компактна, чем решетка о. ц. к. В связи с этим при переходе Ре„в Рет, когда о. ц. к. решетка перестраивается в г. ц. к. решетку, объем железа уменьшается примерно на 1 ',4.
Железо относительно тяжелмй металл (7 = 7860 кг/мэ). Чистое железо ие прочно, но пластично (а, = 200 МПа; 6 = 45 %). Электро- и теплопроводность желева ие очень велики, в три раза меньше, чем у алюминия (р = = 1О мкОм м; Х = 73 Вт/(м К) ). Углерод принадлежит к 1У группе периодической системы и существует в двух модификациях: графита и алмаза. При нормальных условиях стабилен графит, алмаз представляет собой его метастабильную модификацию, Прн высоких давлениях и температурах стабильным становится алмаз.
Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий раствор, аустеиит, феррит, цементит и свободный углерод в виде графита. Феррит (обозначают Ф или а) — твердый раствор внедрения углерода в Ре„. Различают ниэкотемпературный и высокотемпературный феррит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном феррите составляет 0,025 %, в высокотемпературном — 0,1 %.
Столь низкая растворимость углерода в Ре„обусловлена малым размером межатомнмх пор в о. ц. к. решетке. Феррит — мягкая. пластичная фаза со следующими механическими свойствамн: ае = 300 МПв; 5 = 40%; ф = 70 %1 КСН = 2,5 МДж/мэ; НВ 800... !000. Ауствнит (обозначают А или 7) — твердый раствор внедрения углерода в Рет. Он имеет г.
ц. к. решетку, межвтомные поры в которой почти в два раза больше, чем в о. ц. к. решетке, поэтому растворимость углерода в Рет значительно больше и достигает 2,14%. Аустенит пластичен, твердость его при температуре 20... 25'С выше, чем у феррита НВ 1600 ..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
