Основные типы диаграмм состояния двойных сплавов

Диаграмма состояния I типа

Эта диаграмма свойственна сплавам, компоненты которых полностью взаимно растворимы в жидком состоянии, практически нерастворимы в твердом состоянии, нс образуют химических соединений и не имеют аллотропических превращений.

На рис. 2.3, а представлена диаграмма состояния I типа. Линия диаграммы А СВ является линией ликвидуса, а линия ОСЕ — линией солидуса. При термодинамическом взаимном воздействии компонентов, А и В друг на друга снижается температура перехода сплавов в жидкое состояние. В точке С диаграммы эта температура минимальна. Сплав двух компонентов, который плавится при минимальной температуре, называется эвтектическим или эвтектикой (от греч. eutektos — легко плавящийся). Состав этого сплава соответствует точке В_э на оси абсцисс диаграммы. Особенность эвтектического сплава заключается в том, что оба его компонента при строго определенном их содержании В_э способны кристаллизоваться одновременно при определенной постоянной температуре ?_э, которая называется эвтектической. Сама эвтектика является.

Рис. 2.3. Диаграмма состояния I типа (а) и кривые охлаждения с образующимися структурами (6).

равномерной смесью одновременно закристаллизовавшихся мелких зерен обоих компонентов.

Переход сплавов из жидкого состояния в твердое при кристаллизации происходит в интервале температур, лежащих между линиями ликвидуса АСВ и солидуса DCE. По мере снижения температуры из каждого сплава в твердую фазу переходит вначале тот компонент, содержание которого превышает эвтектическую концентрацию. В связи с этим у доэвтектических сплавов двухфазная область диаграммы ACD содержит избыточный компонент, А и жидкую фазу Ж, а у заэвтектического сплава область ВСЕ содержит твердую фазу В и жидкую фазу Ж. В обоих случаях жидкая фаза Ж является жидким раствором двух компонентов. Чем меньше сплав отличается по составу от эвтектического, тем ниже его точка ликвидуса и тем больше в нем затвердевшей эвтектики.

При температурах ниже линии солидуса DCE фазовый состав всех сплавов состоит из зерен обоих компонентов, А и В. Однако мелкие зерна компонентов, А и В представляют эвтектику, а крупные зерна избыточных фаз — компоненты, А или В. Структура закристаллизовавшихся доэвтектических сплавов состоит из, А + + Эвт (А + В), а заэвтектических — из В + Эвт (А + В).

Па рис. 2.3, б показаны кривые охлаждения для доэвтектического сплава 2, заэвтектического сплава 1 и эвтектического сплава, а также схемы соответствующих им структур.

Для определения состава твердой и жидкой фаз и их количественного соотношения используют правило отрезков.

Правило отрезков состоит из двух положений.

Первое положение позволяет определить концентрацию компонентов в фазах. Для этого через заданную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область диаграммы; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз.

Второе положение позволяет определить количественное соотношение фаз. Для этого на той же горизонтальной линии выделяют отрезки между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз. Длины этих отрезков будут обратно пропорциональны количествам фаз.

Воспользуемся правилом отрезков на примере заэвтектического сплава 1 (см. рис. 2.3, а). Допустим, необходимо определить составы и количественное соотношение фаз в точке t Для этого через точку t проводим горизонтальную линию до пересечения с линиями диаграммы в точках / и s. При данной температуре состав жидкой фазы всех заэвтектических сплавов, включая сплав 1, будет одинаковым и равным В. Состав твердой фазы будет соответствовать 100% компонента В. Таким образом, при кристаллизации сплавов состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса от исходного до эвтектического. Для сплава 1 при данной температуре масса твердой фазы определяется длиной отрезка [/; t (обозначим ее к), а жидкой — отрезка ; s] (ts). Если массу всего сплава Q выразить через Is, то относительные доли твердой Q_B и жидкой Q_>K фаз можно выразить следующим образом:

Отношение Q_x к Q_B будет равно QJQ_K = ts/lt.

Для рассматриваемого случая количество твердой фазы В в процентах будет равно В = (ts/ls) • 100%, а количество жидкой фазы Ж = (lt/ls) • 100%.

Для эвтектической температуры количество каждой структурной составляющей также можно определить по правилу отрезков.

Диаграмму состояния I типа образуют, например, сплавы Pb—Sb, Sn—Zn.