Диаграммы состояния сплавов, неограниченно растворимых в жидком и твердом состояниях

Лекция 4

Сегодня мы рассмотрим сплавы, неограниченно и ограниченно растворимые в твердом состоянии. Типичный вид диаграмм с неограниченной растворимостью компонентов представлен на рис. 4.1.

Рис. 4.1 Диаграмма состояния для компонентов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии и кривая охлаждения

Диаграмма состоит из трех областей: жидкость (L), твердый раствор (α) и жидкость + твердый раствор (L + α).

Линия АmB является линией ликвидус, а линия АnB линией солидус.

Точка 1 соответствует началу кристаллизации, точка 2 - концу. Между точками 1 и 2 сплав находится в двухфазном состоянии. В этой области при двух компонентах и двух фазах система моновариантна (С = К - Ф + 1 = 2 - 2 + 1 = 1) т. е. можно изменять только одну переменную - каждой температуре соответствуют строго определенный состав фаз. Состав жидкой фазы в точке а в соответствии с правилом отрезков определяется проекцией лежащей на линии ликвидус точки b, а состав твердой - проекцией точки с, лежащей на линии солидус. Соотношение количеств Q_L / Q_S = ас / аb, а Q_L / (Q_S + Q_L) = ас / bc.

Обратим внимание, что во всем интервале кристаллизации (от точки 1 до точки 2) из жидкого сплава, имеющего исходную концентрацию К, выделяются кристаллы, более богатые тугоплавким компонентом (В). Состав первых кристаллов определяется проекцией s. По мере охлаждения концентрация компонента В в выпадающих кристаллах будет уменьшаться. При медленном охлаждении жидкости, а это необходимое условие для получения равновесных состояний, компонент А из жидкости диффундирует в ранее образовавшиеся при более высокой температуре кристаллы и изменяет их состав до равновесного. Заканчивается кристаллизация в точке 2, когда последняя капля жидкости, имеющая состав l, затвердеет. Состав жидкости изменяется по кривой 1 - l, а состав кристаллов - по кривой s - 2, и в момент окончания кристаллизации все образовавшиеся кристаллы имеют состав совпадающий с составом исходной жидкости. Имеет место однофазная структура.

Если процесс кристаллизации протекает в условиях ускоренного охлаждения, что обычно имеет место при получении литых деталей и слитков, то диффузионное выравнивание состава кристаллов не успевает происходить, в результате чего получается неодинаковый состав не только у отдельных кристаллов, а и в каждом из них. Внутренние участки кристалла будут более богаты тугоплавким компонентом В, а наружные компонентом А. Это явление неоднородности химического состава кристаллов носит название микроликвации. Первые кристаллы поверхности слитка будут обогащены компонентом В, а последние, образовавшиеся в середине слитка, - компонентом А. В результате чего возникае т макроликвация в слитке.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: