Диаграмма состояния системы компонентов.

Структура сплава и ее свойства во многом зависят от условий охлаждения. Если сплав выдерживать достаточно длительное время при определенной температуре и давлении, то он приблизится к равновесному состоянию. Поскольку равновесное состояние полностью определяется составом, давлением и температурой сплава, то можно построить диаграммы равновесия, указывающие структуру сплава в зависимости от этих переменных. Т.к. металлы и сплавы рассматриваются при атмосферном давлении, то при построении диаграмм состояния можно пренебречь его влиянием. Таким образом, равновесие между жидкой и твердой фазами можно изучать в зависимости только от температуры и химического состава (концентрации).

Итак, диаграмма состояния системы – это графическое изображение фазовых превращений системы компонентов в зависимости от температуры и концентрации компонентов.

Диаграмма состояния дает возможность определить оптимальную температуру заливки сплава, оценить его жидкотекучесть; определить фазовый состав сплава той или иной концентрации в условиях равновесия, дать количественную и качественную характеристики фаз (указать состав фаз и некоторые механические свойства).

Диаграмма состояния позволяет проследить за фазовыми превращениями, происходящими в сплаве при нагревании и охлаждении; процессами перекристаллизации в твердом состоянии; дать ожидаемую качественную характеристику структурных составляющих.

Большое значение диаграммы состояния имеют при проведении термической обработки сплавов. В этом случае по ним можно определить оптимальные температурные режимы для данного сплава, а также вид термической обработки, который может воспринимать этот сплав.

Таким образом, диаграммы состояния двойных и более сложных систем показывают графически, как с изменением температуры и концентрации изменяются количество, состав и структура фаз, находящихся в равновесном состоянии. Из этого следует, что любая точка диаграммы состояния системы показывает:

а) химический состав сплава;

б) температуру сплава;

в) фазовый состав;

г) структуру сплава.

Принцип построения диаграмм состояния следующий. Предположим, система состоит из двух компонентов А и В, неограниченно растворимых друг в друге. На оси абсцисс (рис. 5) располагается горизонтальная прямая АВ, принимаемая за 100% сплав (ось концентраций). Любая точка на этой прямой указывает состав двойного сплава в весовых процентах. Конечные точки А и В соответствуют чистым компонентам, т.е. 100% каждого из компонентов.

Количество компонента А увеличивается от точки В влево, т.е. от нуля в точке В до 100% в точке А; количество компонента В, наоборот, возрастает вправо, от нуля в точке А до 100% в точке В. Таким образом, прямая АВ, определяющая процентный состав любого сплава, состоящего из компонентов А и В, является осью концентраций.

Температуру откладывают на оси ординат. На ординате, соответствующей чистому компоненту А, откладывают температуру плавления (кристаллизации) компонента А (t₁); на другой ординате – температуру плавления (кристаллизации) компонента В (t₂).

Любая точка, расположенная между ординатами, показывает состав и температуру сплава.

Температуры кристаллизации сплавов отличаются от температур кристаллизации чистых компонентов. Чистые компоненты кристаллизуются при определенных температурах t₁ и t₂; прибавление одного компонента к другому вызывает повышение или понижение температуры кристаллизации. Этот процесс происходит в интервале температур, т.е. имеются точки начала и конца кристаллизации. Для получения этих и других точек необходимо построить для сплавов различного состава данной системы кривые охлаждения, т.е. графики изменения температуры сплавов во времени (рис.6).

Фазовые превращения, происходящие в сплавах при охлаждении, сопровождаются выделением скрытой теплоты кристаллизации, компенсирующей отвод тепла во внешнюю среду и замедляющей снижение температуры сплава. Поэтому превращения, происходящие при постоянной температуре, отмечаются на кривой охлаждения горизонтальной площадкой, а протекающие в интервале температур — точками перегибов в начале и в конце превращения.

Точки на диаграмме состояния, соответствующие температурам начала кристаллизации сплавов (В, Д, Е), соединенные между собой, образуют линию ликвидус [1]. Точки, соответствующие температурам конца кристаллизации (В', Д', Е'), соединенные между собой, образуют линию солидус ².

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: