Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых ограниченно растворимы в твердом состоянии и образуют эвтектику

Сплавы составы которых расположены в областях α и β (рис 3.4), кристаллизуются точно так же, как и сплавы предыдущей диаграммы состояния (см. рис. 3.3), т.е. в этих областях образуются однородные твердые растворы: α, на базе компонента А, с кристаллической решеткой, характерной для этого компонента, и β с кристаллической решеткой компонента В.

Предельная концентрация компонента А в фазе β определяется линией FQ, и эта концентрация не изменяется или изменяется так мало, что при выбранном масштабе это не отмечается.

Твердый раствор компонента В в компоненте А является раствором не только ограниченной, но и переменной растворимости. Линия Е P – это линия растворимости, которая определяет равновесное содержание растворенного компонента при изменении температуры. Максимальное содержание компонента В в α – фазе определяется точкой E и при охлаждении снижается до точки P.

Рассмотрим превращения сплава I состава x1. После полного затвердевания в точке 2 кристаллы имеют состав x1 и сохраняют его до точки 3. При дальнейшем охлаждении концентрация компонента В в твердом растворе уменьшается до состава, соответствующего точке P.

Для данного сплава можно определить фазовое состояние при любой заданной температуре, например, при t 1. Используя правило определения состава фаз, через точку m проводим горизонтальную линию до пересечения с ближайшими линиями диаграммы состояния EP и FQ; проекции точек пересечения a и b на ось концентрации укажут состав фаз. Твердый раствор α имеет состав, соответствующий xa, а твердый раствор β – состав, соответствующий Q. Количественное соотношение β- и -фаз при t 1 будет определяться соответственно отрезками am и mb 1 (в масштабе всего отрезка ab 1).

По мере уменьшения концентрации в твердом растворе компонент В выпадает в виде твердого раствора β состава, соответствующего Q. Выпадающие кристаллы твердого раствора β называют вторичными и обозначают β II; этим подчеркивают, что они выпали из твердого раствора, а не из жидкого. Конечная структура данного сплава будет состоять из двух фаз α+β II  (рис. 4.5, а). твердые растворы α, содержащие компонент В в количестве, меньшем P, при охлаждении ниже линии солидуса A 1 E фазовых превращений не испытывают.

Из всех сплавов данной диаграммы выделяется сплав III (см. рис 3.4), который называется эвтектическим (наиболее легкоплавким). Он кристаллизуется с одновременным выделением двух твердых фаз определенной концентрации: твердого раствора α состава точки E и твердого раствора β состава точки F. В результате образуется смесь двух фаз, которую называют эвтектикой. Эвтектическая реакция протекает по схеме изотермически и при постоянном составе реагирующих фаз, так как в двухкомпонентном сплаве одновременно сосуществуют три фазы.

                                    ЖС α E + β F,

Число степеней свободы равно нулю:

 

                              С = К + 1 – Ф = 2 + 1 – 3 = 0.

Для эвтектики характерно определенное количественное соотношение фаз:

 

                                          α E / β F = CF / CE .

На рис. 3.5, в в виде схемы показана пластинчатая эвтектика. Кристаллы α и β здесь имеют форму пластин и равномерно чередуются между собой, образуя колонии. При охлаждении эвтектики при температуре ниже точки С состав β-фазы не изменяется, а состав α-фазы, входящей в эвтектику, изменяется по линии EP, в результате чего выделяются вторичные кристаллы β II  (см. рис. 3.4). при 20 – 25ºС состав эвтектики в сплаве будет иметь фазы: α PQ + β QII. Однако в этом случае наблюдать под микроскопом фазу β QII не удается. Так как эвтектика (α EF) содержит фазы строго определенного состава и количественного соотношения, ее принято считать одной структурной составляющей (хотя следует помнить, что она состоит из двух фаз) с присущим ей характерными свойствами. Несмотря на то, что диаграмма состояния отражает только фазовый состав, тем не менее, на ней часто указывают и структурный состав.

В доэвтектическом сплаве II (см. рис. 3.4) эвтектическому превращению предшествует выделение кристаллов α из жидкого раствора в интервале температур точек 45. В результате этого выделения жидкая фаза обогащается компонентом В. В связи с этим охлаждение до температуры точки 5 приводит к образованию в сплаве двух фаз определенного состава α EС. Количество жидкой фазы выражается отрезком 5 E, а количество твердой фазы – отрезком 5 C. При температуре точки 5 (эвтектическая температура) жидкая часть сплава превратится в эвтектику. При дальнейшем охлаждении доэвтектического сплава будет происходить изменение концентрации α-фазы по линии EP, не только находящейся в эвтектике, но и в первоначально выделевшейся при охлаждении в интервале температур между точками 4 – 5.

Конечная структура доэвтектического сплава показана на рис. 3.5, б.

Для заэвтектического сплава IV кристаллизация в интервале температур точек 6 – 7 сопровождается выделение β-фазы, богатой компонентом В, что приводит к обеднению жидкого раствора этим элементом. Состав выделяющихся кристаллов β изменяется от точки 6' до точки F, а состав жидкой фазы – от точки 6 до точки С.

 При охлаждении до температуры точки 7 фазовый состав будет ЖС + β F; при этом количество β-фазы определится отрезком С7, а жидкой фазы – отрезком 7 F. При температуре точки 7 жидкая часть сплава превратится в эвтектику (α E + β F). Конечная структура такого сплава показана на рис.3.5, г.

Все сплавы состава от точки Е до точки F содержат структурную составляющую эвтектику, количество которой тем больше, чем ближе состав сплава к эвтектическому.

 

Дата: 2019-02-18, просмотров: 517.