Название: Конструкционные материалы: Сборник лабораторных работ «Диаграммы состояния двойных сплавов»(А.Т.Булатова)

Жанр: Авиационные технологии и управление

Просмотров: 1246


1.6. диаграмма состояния сплавов с образованием устойчивого химического соединения (промежуточной фазы)

Химическое соединение устойчиво, если его можно нагреть без разложения до расплавления, и неустойчиво, если при нагреве оно разлагается (диссоциирует). В общем виде химсоединение обозначают AmBn: на m+n его атомов приходится m атомов компонента А и п атомов компонента В. Некоторые металлические химсоединения допускают растворимость в себе атомов, образующих его, т.е. являются твердыми растворами на базе химсоединений. Их называют промежуточными фазами. Общий вид диаграммы с устойчивой промежуточной фазой ^ представлен на рис. 1.4.

В этой диаграмме компонентами являются А и В. Фазы: а - ограниченный твердый раствор компонента В в А, В - чистый компонент В (растворимость А в В отсутствует, поэтому раствора нет), ^ - твердый раствор А и В в устойчивом химсоединений AmBn, плавящимся в точке D, при этом растворимость А в AmBn переменная по линии KF, а рас-

Подпись:

Подпись:

 

линии приобретает концентрацию точки Е и при кристаллизации одновременно распадается на две фазы - твердый раствор а состава точки D и твердый раствор р состава точки С. Зерна (колонии) эвтектики являются самостоятельной двухфазной структурной составляющей сплавов, так как при рассмотрении под оптическим микроскопом имеют единообразное строение и имеют одинаковые свойства (твердость, температуру плавления и пр.). Поэтому под линией DEC на диаграмме в двухфазной области а+р структурные составляющие не совпадают с фазами. В эвтектической реакции участвуют одновременно три фазы (L, а, р) и поэтому она нонвариантна С=К-Ф+1=2-3+1=0, т.е. протекает при постоянной температуре ( площадка 55' на кривой охлаждения сплава П).

Рассмотрим кристаллизацию и формирование структуры сплавов I и П.

Сплав I (15\%В + 85\%А). Выше точки I сплав находится в состоянии однородного жидкого раствора L.

На участке 1-2 кривой охлаждения идет первичная кристаллизация жидкости L в твердый раствор а по реакции Lt . -> а,. 2 в процессе которой концентрация жидкой фазы меняется по ликвидусу от 1 до 2', а состав твердого раствора - солидусу от Г до 2. В точке 2 она заканчивается образованием однородного твердого раствора а состава точки 2 (сплава I).

От точки 2 до точки 3 идет простое охлаждение а фазы без превращений. В точке 3 твердый раствор а становится насыщенным по отношению к компоненту В и ниже точки 3 идет выделение избыточного компонента В в виде твердого раствора р, состоящего в основном из В. При этом содержание компонента В в а-фазе уменьшается от точки 3 до точки F. Реакция выделения записывается в виде:

a3-f Рцз'-g

Так как она идет в твердой среде и при сравнительно низких температурах, то диффузия компонента В, необходимая для создания концентрации точки 3 в местах выделения рп, идет на короткие расстояния. Поэтому крупные зерна р-фазы не формируются, а происходит выделение многих частиц рп внутри зерен a-фазы (иногда по границам - в виде сетки). Выделение фаз из твердых растворов в связи с изменением растворимости в них компонентов называется вторичной кристаллизацией, а выделившиеся фазы вторичными, на что указывает индекс II при р.

Используем правило отрезков для количественного анализа сплава I в точке а. Составы фаз: аь-95\%А+5\%В, р11с-93\%В+7\%А (см. проекции точек b и с на ось концентраций по рис. 1.2). Относительные весовые доли фаз будут равны: 0^= ас = 93-15 = 78 =0,88:

be    93-5 88 qpII = ab = 15-5 = 10 =0.12. be   93-5 88

В сплаве I структурные составляющие и фазы совпадают друг с другом. Сплав II (40\%В+60\%А).

От точки 4 до точки 5 идет кристаллизация жидкой фазы в избыточные зерна твердого раствора а по реакции L4 Е ->а4._д. В отличие от сплава I первичная кристаллизация жидкости по этой реакции не заканчивается. В точке 5 кривой охлаждения имеем твердый раствор состава точки D в количестве q^E/DE и жидкий раствор L состава точки Е в количестве qL=D5/DE-

На площадке 55' кривой охлаждения остаток жидкости эвтектического состава претерпевает эвтектическое превращение при постоянной температуре с образованием смеси двух твердых растворов аир, т.е.

Ц -> К+Рс)э-

В точке 5 на кривой охлаждения после окончания эвтектической реакции сплав будет иметь две структурных составляющих: зерна эвтектики Э и избыточные зерна а-фазы. При этом их весовые доли равны q3=D5/DE и qa=5E/DE. В точке 5' и ниже структурные и фазовые составляющие не совпадают: часть a-фазы выделилась в виде избыточных зерен, а часть ее входит в зерна эвтектики. Общее количество а-фазы равно qa=5C/DC, а относительная весовая доля р-фазы равна q^JDS^.

При охлаждении ниже точки 5 в связи с уменьшением растворимости компонента В в a-твердом растворе пойдет реакция выделения рп: ad-f "•>Рцс-о- Она будет проходить как в избыточных зернах a-фазы, так и в a-фазе, входящей в состав эвтектики. Частицы рп, выделившиеся в избыточных зернах a-твердого раствора, видны при рассмотрении под микроскопом и представляют самостоятельную структурную составляющую. Кристаллики рп, выделившиеся из a-фазы, входящей в эвтектику, объединяются с первичной р-фазой эвтектики и при микроисследовании обычно не обнаруживаются.

Итак, сплав II ниже эвтектической линии состоит из трех структурных составляющих: Э[(а+рп)+р], а и рп. Весовая доля эвтектики, как ранее, будет равна q3=D5/DE=(40-20)/(60-20)=0,5, а общая доля а и рп составит qa+pII=5E/DE=(60-40)/(60-20)=0,5. Можно рассчитать доли а и рп раздельно, имея в виду, что обе эти структурные составляющие получились из р-фазы состава точки Д. В точке К будем иметь

qa=_5E_ . nL= 0,5 93-20 =0.425: DE   ml 91-7

qpII= 5E . mn = 0,5 20-7 =0.075. DE   ml 93-7

Фазовый состав сплава II ниже эвтектической линии a+р. В той же точке К имеем ат и рг Общая относительная доля а раствора, как фазы, находящейся в виде избыточных зерен а и входящей в эвтектику, будет равна qa==kl/ml=(93-40)/(93-7)=0,615. Общая относительная доля р-фазы, входящей в эвтектику в виде р и рп и находящейся в виде частиц рп внутри зерен а, будет равна qp=mk/ml=(40-7)/(93-7)=0,385.

В сплавах, расположенных между точками Е и С,кристаллизация идет подобно сплаву П. В начале из жидкого состояния выделяются зерна твердого раствора р, а остаток жидкой фазы при эвтектической температуре переходит в эвтектику. При дальнейшем охлаждении из a-фазы, входящей в эвтектику, выделяется рп, но она структурно не обнаруживается. Так как состав твердого раствора р при данном начертании диаграммы постоянен, то ап из р не выделяется и ниже эвтектической горизонтали сплавы имеют лишь две структурные составляющие: Эйр.

Во всей области FDECG данной диаграммы имеются две фазы аир. Но структура, состоящая из этих фаз, в разных сплавах различна. Области с различными структурными составляющими отделены друг от друга пунктирными линиями.

Рассмотренную диаграмму имеют сплавы системы Ag-Cu, Al-Si, Cr-Ni, Zn-Cd и другие.