Диаграмма состояния и кривые охлаждения сплавов, не имеющих превращений в твердом состоянии.

а) - отсутствие растворимости, б) - полная растворимость,

в) - ограниченная растворимость с образованием эвтектики,

г) - ограниченная растворимость с образованием перитектики.

Это превращение заключается в том, что выделившиеся ранее кристаллы а - рас­твора взаимодействуют при постоянной температуре (линия вcд) с оставшейся жидко­стью, образуя новую фазу- твердый раствор. При этом в сплаве I после окончания пери-тектического превращения в структуре частично сохраняются первичные кристаллы а. В
сплаве II (рис. 1г) после перитектического превращения остается неизрасходованная жид­кость, которая при дальнейшем охлаждении превращается в кристаллы  - раствора. Это
превращение тоже сопровождается тепловым эффектом, отражающимся на кривой охлаж­дения (кривая II).

Кристаллизация сплавов, компоненты которых образуют устойчивое химическое соединение (рис. 2а) или твердый раствор на основе химического соединения (рис. 26), происходит также, как в рассмотренных выше диаграммах. Исключения составляют спла­вы, соответствующие по составу чистым химическим соединениям (рис. 2а, б, точка д), которые кристаллизуются при постоянной температуре подобно чистым металлам. Каж­дую диаграмму с устойчивым химическим соединением можно рассматривать, как ком­бинацию из простых диаграмм, где вторым компонентом условно считают образовавшее­ся в системе химическое соединение.

Процесс кристаллизации в сплавах, компоненты которых образуют неустойчивое химическое соединение (рис. 2в), происходит следующим образом. Сначала из жидкости выделяются кристаллы одного из компонентов. Моменту начала этого выделения соответ­ствует точка перегиба на кривой охлаждения. Затем следуют два изотермических

 

превращения, которым соответствуют два горизонтальных участканакривой охлаждения. Пер­вый участок - это образование химического соединения по перитектической реакции А + Ж -> A_mB_n, второй - эвтектическое превращение

Ж --> A_mB_n + В.

Вторичная кристаллизация, т.е. превращения в твердом состоянии (полиморфные превращения, полный или частичный распад твердого раствора образование или распад неустойчивых химических соединений) и магнитные превращения также сопровождаются тепловым эффектом. Однако, величина теплового эффекта при этом меньше, чем при пер­вичной кристаллизации.

 

 

Рис. 2. Диаграмма состояния и кривые охлаждения сплавов, не имеющих превращений в твердом состоянии и образующих химические соединения.

а) - при отсутствии растворимости, б) - при ограниченной растворимости, в) -обра­зование химического соединения, неустойчивого при высоких температурах.

 

 

В чистых металлах превращение в твердом состоянии (полиморфное) происходит при постоянной температуре (рис. 3 а,б,в, точка m). В сплавах превращения в твердом со­стоянии также могут протекать при постоянной температуре в следующих случаях.

1) В сплавах-смесях при полиморфном превращении компонентов или образован­ного ими химического соединения (рис. За, сплав I). На диаграмме состояния этим пре­вращениям соответствует горизонтальная линия, а на кривой охлаждения - изотермиче­ская остановка.

2) При эвтектоидном превращении, в результате которого происходит полный рас­пад твердого раствора и образование смеси фаз с постоянной концентрацией. Например, на (рис. 4 б, в) в точке "с" твердые растворы при постоянной температуре распадаются на эвтектодную смесь кристаллов компонентов А и В. Точка ''с'' в этом случае называется эвтектоидной точкой, а соответствующий ей сплав - эвтектоидным сплавом. Если состав сплава отличается от эвтектоидного, то сначала следует частичный распад с выделением из твердого раствора новой фазы, например, кристаллов чистого компонента (рис. Рис.4б,в, сплав I). Далее оставшийся твердый раствор при постоянной температуре пре­вращается в эвтектоидную смесь точно такого же состава, как и в эвтектоидном сплаве. В этом случае начало частичного распада характеризуется точкой перегиба на кривой охла­ждения, а эвтектоидный распад - горизонтальным участком.

3) При образовании химических соединений в твердом состоянии или упорядочен­ных фаз только сплав, соответствующий концентрации точке "а" (рис. 4г), будет иметь площадку (горизонтальный участок) на кривой охлаждения.

Во всех остальных случаях превращения в твердом состоянии протекают в интер­вале температур. Соответствующие линии на диаграмме состояния имеют наклон и могут показывать или полиморфное превращение твердого раствора (рис. 3 б и в) или частичный распад твердого раствора (рис. 3г и 4а). Началу этих превращений на кривых охлаждения соответствуют точки перегиба.

 

 

 

Рис. 3.

Диаграмма состояния и кривые охлаждения сплавов,

имеющих превращения в твердом состоянии:

а) - полиморфное превращение при отсутствии растворимости и при наличии химического соединения, в) - полиморфные превращения в сплавах - твердых растворах, г) - изменение растворимости.

 

Рис. 4.

Диаграмма состояния и кривые охлаждения сплавов,

имеющих превращения в твердом состоянии:

а) - изменение растворимости в сплавах с перитектическим

превращением, б) - распад твердого раствора, в) - распад

ограниченного твердого раствора, г) - образование

химических соединений или упорядоченных фаз.

Методические указания по анализу заданной диаграммы

 

1. Вычертив заданную диаграмму, следует обозначить ее основные точки и линии буквами и указать фазы и структуры, образующиеся в различных сплавах. Целесообразно отделить вертикальными пунктирными линиями области с различными структурными со­ставами и в каждой области указать соответствующие структурные составляющие.

Фазовый и структурный состав разных сплавов может быть различным. Например, на диаграмме (рис.5) фазовый состав в областях "а", "б" и "в" одинаков. Это твердый рас­твор а, представляющий собой ограниченный твердый раствор фосфора в а - железе (с переменной растворимостью), и химическое соединение Fe₃P постоянного состава. Структурный же состав в этих областях различен. В области "а" сплавы состоят из кри­сталлов а - твердого раствора и некоторого количества вторичных кристаллов химиче­ского соединения Fe₃P, выделившихся в виде мелких частиц из основного а - твердого

раствора.

Структурный состав в области '"б"' (так называемые доэвтектические сплавы) пред­ставляет собой а - твердый раствор + эвтектика +вторичные кристаллы соединения Fe₃P.

2. Если заданная диаграмма сложная, например с образованием нескольких хими­ческих соединений, то при анализе удобно разбить ее на более простые части и охаракте­ризовать каждую из них отдельно.

Например: диаграмма на (рис. 5) представляет собой диаграмму с химическим со­единением и имеющую эвтектическое и полиморфное превращения.

 

Диаграмма состояния железо-фосфор,