Оглавление:
Диаграммы состояния двойных сплавов и характер изменения свойств в зависимости от состава сплавов
- Характер изменения диаграммы состояния двойного сплава и его свойства в зависимости от состава сплава Диаграмма состояния представляет собой график координат состав сплава-температура, отражающий продукты, образующиеся в результате взаимодействия компонентов сплава при термодинамическом равновесии при различных температурах. Эти продукты представляют собой вещества, имеющие определенную температуру и состав, определенное агрегатное состояние, определенную природу строения и четко определенные свойства.
Они называются стадиями. Кроме того, фазой считается определенная часть системы, образованная компонентами сплава, которая имеет одинаковый состав, структуру и свойства во всех ее точках. Жидкая фаза представляет собой раствор расплавленных компонентов. Твердая фаза-это частица, имеющая определенную форму, размер, состав, специфическую структуру и свойства. Твердую фазу можно наблюдать под микроскопом. Это могут быть твердые растворы, химические соединения, а также частицы чистых компонентов, которые не образуются вместе с другими компонентами или твердыми растворами или соединениями.
Диаграмма состояния разделена на области линией. Людмила Фирмаль
Некоторые области состоят только из одной фазы с различным составом, структурой и свойствами, некоторые могут состоять из двух фаз. Анализируя диаграммы состояния, можно видеть, что характер их изменения зависит от специфических свойств и состава сплавов данной системы составляющих элементов, а также условий проведения термической обработки сплава и ее осуществления. Диаграмма состояния содержит необходимую информацию для создания и обработки сплавов различного назначения. Ниже описаны четыре основных типа (типа) диаграмм состояний. Мне нравятся диаграммы состояния. П Р А В И Л О Т Р Е З К О В. На этом рисунке показан сплав, в котором компоненты образуют смесь практически чистых частиц, обладающих незначительной взаимной растворимостью(рис. 3.2).
На горизонтальной оси, доля компонента в в сплаве выпадает в осадок. Фазовая структура сплава на рисунке зависит от температуры. Вследствие термодинамических эффектов компонентов температура их перехода в жидкое состояние снижается, достигая определенного минимума в составе, определенном для каждой пары компонентов(рис. 3.2, Точка С). Состав сплава можно определить, проецируя точку С на абсциссу (точку е). Двухкомпонентные сплавы, которые плавятся при минимальных температурах, называются эвтектическими или эвтектическими. 61t,°с Рис 3.2. Фазовая диаграмма схемы типа (А) и структуры (Б) эвтектики представляет собой равномерное смешение совместно кристаллизованных мелких частиц обоих компонентов. Температура, при которой оба компонента плавятся или кристаллизуются одновременно, называется эвтектической температурой t3.
- На этом рисунке температура, при которой сплав находится в жидком состоянии, находится на Алмазе и называется линией ликвидуса(рис. 3.2, а) (от широты. «ликвидус» — жидкий, текучий). Переход сплава из жидкого состояния в твердое при кристаллизации происходит в интервале температур между Ликвидусом и эвтектической температурой, что соответствует Солидусу DCE (lat). «Солидус» — тяжело). При этом из каждого сплава, по мере снижения температуры, компоненты выше эвтектической концентрации первоначально переносятся в твердую фазу (см. Рисунок). 3.2, б). Таким образом, в сплаве слева от точки B3 двухфазная область ACD содержит избыточные компоненты A и жидкую фазу W, а в трансформаторной эвтектической области, все из которых являются твердыми B и жидкими соответственно, фаза F является жидким раствором обоих компонентов.
По мере снижения температуры и приближения/e состав некристаллической фазы приближается к эвтектическому B3(рис. 3.2, Точка С). В то же время, чем больше сплав отличается по составу от эвтектики, тем ниже его жидкофазная точка, тем больше эвтектика затвердевает. Количественные изменения в сплаве этой системы компонентов в процессе кристаллизации(относительно их доли в составе твердой и жидкой фаз и удельной массы сплава) зависят от правила сегмента. Это правило используется в Примере отверждения сплава 1(Рис. 3.2). Предположим, вас интересует состав и количество фаз при любой взятой температуре, соответствующей ее изотерме.
При этой температуре состав жидкой фазы всех трансформаторных эвтектических сплавов, содержащих сплав 7, одинаков, равен значению/. Людмила Фирмаль
Поэтому в процессе кристаллизации сплава состав жидкой фазы изменяется от исходного к эвтектическому по линии Ликвидуса. Масса твердой фазы при заданной температуре определяется величиной сегмента / / и жидкого сегмента ts. Если масса сплава в целом Q выражается через Is, то относительную долю твердой QB и жидкой фазы можно представить как Qjq=it Ils и=ts/ls. Используя эти формулы, можно рассчитать абсолютную массовую долю каждой фазы при любой температуре. В зависимости от состава, все сплавы этой системы подразделяются на предварительно эвтектики и транс-эвтектики. Предэвтектический сплав содержит вышеуказанный компонент А (100-ве)%.
В нем она является избыточным компонентом. В суперэвтектическом сплаве избыток является компонентом В. Это эквивалентно малым зернам а и в, присутствующим в любом сплаве, составляющем эвтектику в предэвтектических и трансформаторных эвтектических сплавах, и большим зернам избыточных фаз а-3,2, в, 2,1 и с (ЭВТ. Я не уверен. Для более точной оценки прочностных и других свойств армированных сплавов желательно учитывать наличие эвтектики в их структурно-фазовом составе(рис. 3.2, б). Таким образом, структура пре-эвтектический сплав состоит из в+ЭВТ (а+в) (см. сплав 2), и структуры предварительно эвтектический сплав состоит из в+ЭВТ(а+в) (см. сплав 1).
Количество каждого структурного компонента, от которого зависят свойства сплава, можно рассчитать по правилам отрезка, связанного с эвтектической температурой. При оценке прочностных и других характеристик часть сплава, представленная эвтектикой, имеет более высокую прочность, чем часть, представленная более крупными частицами избыточной фазы, характер зависимости прочности сплава от их состава показан на рисунке. 3.3, а. вот диаграмма состояния, показывающая фазовый состав в верхней части, а ниже она показывает характер изменения интенсивности. Если размер зерен всех структурных частей сплава одинаков, то прочность изменяется строго по линейному закону(рис. Пожалуйста, взгляните на него. 3.3, а, линия АВ).
Изменение этой характеристики обусловлено законом добавок- Харрис 3.3. Зависимость характера изменения прочности сплава от типа диаграммы состояния Согласно ей, каждая из двух фаз вносит в общую прочность сплава часть своей прочности, соответствующую доле этой фазы в сплаве. В связи с этим прочность любого сплава можно рассчитать по формуле I=t/PA+(1-t|) PV, где G| — отношение фазы а в структуре сплава; PA и IV-отношение прочности фазы А и V. Поскольку эвтектическая часть сплава имеет более высокую прочность, фактическое изменение этой характеристики происходит вдоль алмазной кривой (рис. 3.3, а). Точно так же изменяются и другие свойства сплава, в зависимости от его свойств и состава. Такими свойствами изменения свойств сплава, которые учитываются под действием приложенных сил, в данном случае совершенной реакцией сплава на внешнее воздействие является реакция частиц обеих фаз. P вид диаграммы состояния.
Д е н д р и т н а я л и Ц В А Ц и я. за счет неограниченной растворимости компонентов со сходной структурой решетки того же типа и внешней электронной оболочки получена Р-диаграмма. Трехфазные области можно выделить на рисунке(фиг. 3.4, а). 1. Выше Ликвидуса, а, Я. Ликвидуса есть 2 зоны. Сплошная-щелевые АБР является двухфазной области а + ж под ним. Фаза а представляет собой твердый раствор компонентов А и В. 64 Т,°с т,°с Рис 3.4. Характер кристаллизации сплавов и схема их фазового строения (б) фазы имеют монокристаллические решетки. Однако сплавы различного состава различаются по количеству атомов компонента А и компонента в в основных ячейках решетки. 3.
Площадь под линией Солидуса, является однофазной (фаза а). В отличие от сплава, состоящего из смеси частиц существенно чистых компонентов, каждый из упрочненных сплавов в рассматриваемых диаграммах состояния внешне неотличим от фазы а (рис.3.4, б). Кристаллизация а-фазы в сплавах различного состава происходит по правилам сегмента. Проследите детали любой кристаллизации сплава, подобного сплаву 1(Рис. 3.4), то в соответствии с правилами сегмента в двухфазной области состав жидкой фазы и твердой фазы изменяется соответственно по линиям Ликвидуса и Солидуса в зависимости от температуры 3.4, а, изотермической 1,2,3 и 4). Состав жидкой фазы от точки 1\Dr C изменяется от BL}=BJ, B, 2, B/W, а состав твердой фазы от a до B1,Ba2, VAZ.
Количество сосуществующих фаз при каждой температуре определяется соответствующим сегментом изотермы. Далее, левый сегмент вертикали 7 определяет номер фазы а. В случае равновесной кристаллизации, которая происходит при достаточно низкой скорости охлаждения 65 сплавов, к концу кристаллизации (изотермической 4) в составе конечной формируемой фазы СК образуется исходный набор сплава Bj, который обусловлен непрерывной диффузией между двумя фазами. В случае ускоренного охлаждения сплава в процессе кристаллизации диффузионный процесс не успевает завершиться. В связи с этим центральная часть каждого зерна обогащается тугоплавкими компонентами (в данном случае B) и периферийными—легкоплавкими компонентами (A). Это явление называется дендритным разжижением, которое снижает прочность и другие свойства сплава. Его предотвращение возможно за счет медленного охлаждения сплава, обеспечивающего равновесную кристаллизацию.
В случае дендритного разжижения он может быть удален длительным, так называемым диффузионным отжигом сплава. Процесс диффузии, который происходит в этом процессе, выравнивает химический состав частиц. В сплаве-твердом растворе-прочность и другие свойства в зависимости от состава изменяются по закону кривой(см. рис. 3.3, б). Для того, чтобы понять характер изменения прочности сплава в соответствии с составом, надо понять следующее: При пластической деформации металлических материалов внешние силы должны преодолевать сопротивление дислокационному движению, которое определяется величиной силы Пейерльса-Набарро. Эта сила зависит от силы межатомного взаимодействия в кристаллической решетке сплава. Атомы растворимых компонентов образуют более прочные металлические связи с атомами растворяющих компонентов в решетке твердых растворов, чем решетка обоих чистых компонентов.
По этой причине свойство кривой с максимальным значением на рисунке заключается в том, что сопротивление пластической деформации твердого раствора должно возрастать по некоторому закону кривой с увеличением содержания в нем другого растворенного компонента. 3.3 если предположить, что b является решеткой компонента A и что B является решеткой компонента A, подвергнутого упрочнению, то в сплаве слева от максимальной решетки становится ясно. Состав, соответствующий максимуму, важен, так как роль компонента в качестве растворителя и растворимого меняется на противоположную. Мотт и Наварро установили зависимость между пределом текучести твердого раствора сплава, его составом, модулем сдвига G и атомным размером компонента: a t=Ge2C, где C = G. N0 (радиус G и G0 атомов растворимых компонентов и растворителей). 66 г,°C Это рис 3.5. диаграмма состояния шины.
Такой вид диаграммы состояния характерен для сплавов, которые образуются при сплавлении компонентов, имеющих ограниченную растворимость друг с другом. Рассмотрим случай, когда механические смеси твердых растворов на основе каждого из них образуются вне пределов растворимости компонентов(рис. 3.5). Жидкая фаза ж (выше ликвидуса линия АБР)\двух регионов (а+ж) И (П+Ш) (между ликвидусом и солидусом линии, расположенные на A и P (соответственно переменного и быть) и двухфазной области (а+р) — cekf области Фаза A представляет собой твердый раствор компонента B компонента a, фаза p представляет собой твердый раствор компонента A компонента B. кривые CF и EC отражают свойства зависящего от температуры изменения растворимости компонента A в фазах компонента B и P в фазе A соответственно).
Фазовый состав при любой температуре может быть определен падением от соответствующих точек на линиях CF и EC к оси концентрации по вертикали. At / j и T2 состав A-фазы и p-фазы: A b a2 и p P2. В структурно-фазовом составе сплава этой системы важное место занимает эвтектика, представляющая собой смесь мелкозернистых фаз А и Р. Он имеет определенный состав и кристаллизуется при самой низкой температуре. Линия 67данной системы температуры GE из церия, т. е. Под этой линией находится участок двухфазного сплава. В нем структура предэвтектического сплава состоит из первичных зерен а-фазы, которые равномерно распределены в эвтектике Е(А + Р), и зерен вторичной РП-фазы, выделяющихся из твердой фазы, уменьшающихся с понижением температуры.
Трансформаторный эвтектический сплав состоит из первичной Р-фазы, эвтектической и вторичной а-фазы соответственно. Для выяснения характера распада фазы А и фазы Р, вызванного понижением температуры с выделением фазы RP и фазы Р, показано, что вторичная фаза А (Р) также образуется в результате неизбежного распада фазы Р, существующего при охлаждении. Однако это не показано на фазовой диаграмме, так как фаза AP сливается с кристаллическими зернами периферии первичной фазы A и не наблюдается в качестве самостоятельного структурного компонента. То же самое относится и к РП трансформаторного эвтектического сплава.
Для риса. 3.3, б указывает характер изменения прочности сплава рассматриваемой системы в зависимости от состава. Как и следовало ожидать, в однофазной области твердого раствора свойства a и p изменяются по криволинейным законам, но в двухфазной области (a+R) 3.3, b), которая присутствует в сплаве. Аналогичным образом изменяются и другие свойства сплава, которые охватываются диаграммой состояния III вида. Характер изменения свойств сплава, зависящий от состава, отражает уровень минимальной плотности дислокаций (106-107 см » 2) и характеристики равновесных сплавов с идеальными металлургическими качествами. IV тип диаграммы состояния, плавленый компонент представляет собой», » относится к случаю образования стабильного соединения, которое не диссоциирует при нагревании до температуры плавления в соотношении «в».
В связи с этим обосновано рассматривать его как самостоятельный компонент, способный образовывать сплав с каждым из исходных компонентов. Соединение «В», будучи сплавлено с компонентом а и компонентом в, способно образовывать систему, отличную от них, в зависимости от своих свойств. Например(рис. 3.6), компонент » AWB » образует компоненты A и B сплавов, относящиеся к диаграмме состояния i-го типа. В связи с этим фазовый состав любого сплава системы а-в в твердом состоянии должен представлять собой смесь одного из соединений и исходных компонентов. Свойства их изменения, зависящие от уровня и состава свойств сплава, должны изменяться в соответствии с законом аддитивности (см. рисунок). 3.3, а)учитывать влияние эвтектики.
Характер изменения свойств сплава, который зависит от состава, предопределяется фазовой диаграммой. Эта ситуация серьезна впервые 68v Член Академии наук Н. С. Курнаков внес фундаментальный вклад в методологию изучения свойств сплава. Выводы по теории сплавов. После понимания основных положений теории сплава сплав готовят для различных целей, а дислокационная фазовая структура и механические свойства сплава, необходимые на последующей стадии обработки, облегчаются информацией, полученной из анализа фазовой диаграммы.
В связи с этим особую ценность представляет такая информация, как поведение сплава при наличии или отсутствии анизотропного превращения вследствие изменения растворимости компонента или изменения температуры. Очень важно четко понимать причины изменения свойств сплава в соответствии с указанными выше свойствами и типом диаграммы состояния. Эти свойства относятся к равновесному состоянию, но их можно намеренно изменить путем дополнительной обработки. Кроме того, изменения касаются только уровня характеристик, а характер изменений, как правило, остается «схематичным». Особенно важно, что интенсивность межатомного взаимодействия в кристаллической решетке твердых растворов подчеркивает гораздо более высокое положение, чем в решетке их составляющих. В связи с этим образуется высокостабильная фаза с высокой стабильностью.-
Смотрите также:
Методические указания по материаловедению
| Понятие о методах исследования строения и свойств сплавов | Понятие о металлических сплавах |
| Диаграмма состояния железо — углерод | Виды двойных сплавов |
