ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

Решение задачи 1 (вопрос 1). Точка а соответствует 100% алюминия при температуре кристаллизации. Точка в отвечает предельной растворимости меди в твёрдом растворе на основе алюминия при эвтектической температуре, равной 548ºС. Точка С указывает величину предельной растворимости меди в твёрдом растворе на основе алюминия при 0ºС. Точка Е даёт состав сплава эвтектической концентрации при минимальной температуре кристаллизации («эвтектическая точка»). Точка d характеризует предельную растворимость алюминия в твёрдом растворе на основе химического соединения CuAl₂ при эвтектической температуре.

Решение задачи 1 (вопрос 2).

а) Линия ликвидуса – aEf (начало затвердевания сплавов).

б) Линия солидуса – aвEdf (конец затвердевания сплавов).

в) Эвтектическая линия вEd соответствует горизонтальному ходу линии солидуса (прямая линия). В гетерогенных сплавах, образующих эвтектику, в момент окончания затвердевания при температуре, отвечающей эвтектической линии, находится в равновесии три фазы: кристаллы твёрдого раствора α и химического соединения CuAl₂, а также жидкая фаза. Согласно правилу фаз (С=К+1-Ф), это равновесие нонвариантное (С=2+1-3=0). Поэтому окончание первичной кристаллизации происходит при постоянной температуре и характеризуется горизонтальным участком на кривой охлаждения, чему на диаграмме состояния соответствует горизонтальный прямолинейный участок линии солидуса.

г) Линия сольвуса – вс (линия предельной растворимости меди в твёрдом растворе на основе алюминия) характеризует вторичную кристаллизацию, то есть превращение в твёрдом состоянии (в данном случае частичный распад твёрдого раствора).

Решение задачи 2 (вопрос 3). Диаграмма состояния на рисунке 1 отвечает термодинамически равновесному состоянию сплавов. Установлено, что превышение равновесной скорости охлаждения сплавов смещает отдельные точки и линии на диаграмме, отвечающие равновесным превращениям сплавов. Величина смещения зависит от степени отклонения сплава от равновесного состояния. Поэтому фазовый состав и структуры промышленных сплавов могут отличаться от прогнозируемых равновесной диаграммой состояния.

Сплав с 4% меди в равновесном состоянии непосредственно после кристаллизации в интервале температур между точками 2 и 3 должен иметь однородную структуру α-твёрдого раствора. Однако у этого сплава наблюдается большое расстояние между линиями ликвидуса и солидуса по температуре (точки 1 и 2), а также по концентрации. Следовательно, сплав подвержен ликвации. При ускоренном охлаждении не успевает пройти полностью диффузия, выравнивающая состав сплава. Поэтому отдельные кристаллы сплава по химическому составу будут неоднородными. Такая неоднородность называется внутрикристаллической или внутридендритной ликвацией. Под микроскопом обычно видны границы дендритных ячеек, являющихся сечениями ветвей дендритов. По этим границам могут присутствовать двойные, тройные и более сложные эвтектики, которых не должно быть при равновесной кристаллизации. Отмеченные особенности литой структуры алюминиево-медных сплавов, в частности, наличие по границам дендритных ветвей хрупких интерметаллидных включений эвтектического происхождения, обуславливают пониженную пластичность литых сплавов, что затрудняет их обработку давлением. Поэтому слитки с неоднородной термодинамически неустойчивой структурой подвергают отжигу гомогенизации, в результате которой его структура становится более гомогенной, пластичность повышается, что существенно облегчает последующую обработку давлением (прокатку, прессование).

Решение задачи 3 (вопрос 3). Для того, чтобы определить количественное соотношение жидкой и твёрдой фаз сплава с 20% меди при 548ºС, используем правило рычага или правило отрезков.

Фазовое состояние доэвтектического сплава, содержащего 20% меди и 80% алюминия при температуре 548ºС определяется точкой 5. Если через точку 5 провести горизонталь до пересечения с линией ликвидус (в точке Е) и с линией солидус (в точке в), то количественное соотношение жидкой фазы и кристаллов твёрдого раствора α может быть установлено по соотношению отрезков:

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется диаграммой состояния?

2. Какие точки (температуры) называются критическими?

3. Определить физико-химический смысл линий ликвидуса, солидуса и сольвуса.

4. Что такое компонент?

5. Дайте определение понятию фаза.

6. Что представляет собой число степеней свободы системы?

7. Сформулируйте правило Гиббса и объясните его физический смысл.

8. Что такое эвтектическая точка, эвтектика и в чем особенности её кристаллизации?

9. Сформулируйте правило рычага (правило отрезков) и укажите, для чего оно служит.

10. Что называется внутрикристаллической или внутридендритной ликвацией?

11. Зарисуйте схему микроструктуры сплава – твёрдого раствора после литья и отжига в литом состоянии.

12. Каковы металлографические признаки вторичных выделений?

13. Каким компонентом обогащены межосные пространства в сплаве – твёрдом растворе?

14. Постройте кривую охлаждения какого-либо доэвтектического сплава и проанализируйте изменение его фазового состояния при медленном охлаждении.

15. Постройте кривую нагрева какого-либо заэвтектического сплава и объясните изменения его фазового состава в процессе нагревания.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: