Диаграмма состояния системы с неполной (ограниченной) растворимостью компонентов в твердом состоянии (с эвтектикой).

В этих сплавах в твердом состоянии компоненты растворяются друг в друге с образованием твердых растворов α (В в А) и β (А в В), между которыми образуется эвтектика эвт(α+β).

Однофазные области на диаграмме:

1) жидкость L – выше линии ликвидус DCE;

2) тв. раствор α – область 0DFK0;

3) тв. раствор β – область NGE-100-N.

Рисунок 1 – Диаграмма состояний сплавов с ограниченной растворимостью

 

Линии верхней части диаграммы – образование кристаллов твердых растворов α и β.

Однако, в отличии от предыдущей диаграммы, предельное содержание компонента B в α ограничено: оно не может быть более М% В (в точке F). Аналогично, предельное содержание А в β не может быть более (100-N)% A (в точке G). То есть, в данном случае при растворении компонентов друг в друге образуются так называемые ограниченные твердые растворы α и β.

В общем случае, при снижении температуры после достижения предела растворимости (т.е. ниже уровня FCG) предельное содержание растворенного компонента в твердом растворе может изменяться. Эта зависимость предела растворимости от температуры твердого раствора α показана линией FK, а дляβ – линией GN. Видно, что с уменьшением температуры возможное содержание В в α уменьшается (от М% В до К% В при 0ºС). Поэтому, при охлаждении сплавов, содержащих от К % В до М % В, ниже линии FKиз них будет выделяться оказавшаяся избыточная часть компонента В в виде кристаллов вторичного β_II(доказывается правилом отрезков), и в области KFMK сплавы будут иметь фазовый состав α+β_II.

В частном случае, показанном линией GN, предел растворимости А в β не зависит от температуры и кристаллы твердого раствора β, образовавшиеся на линии GE, будут охлаждаться до комнатной температуры без каких-либо внутренних изменений.

В средней части диаграммы сплавы кристаллизуются с образованием эвтектики на линии FCG. Эвтектика содержит С^/% В и кристаллизуется по реакции: L_эвт–>эвт(α+β). В доэвтектических сплавах этой области в конечной структуре сплава будут присутствовать кроме эвтектики кристаллы (α+β_II), а в заэвтектических – кристаллы β.

Структурные составляющие сплавов:

1) кристаллы α – область 0DFK0;

2) кристаллы β – область NGE-100-N;

3) кристаллы эвтектики эвт(α+β) – линия СС^/.

10. Диаграмма состояния системы с образованием химического соединения. Диаграмма состав-свойства двойных сплавов (по Н.С.Курнакову).

 

10.1. Диаграммы состояния сплавов, образующих химические соединения. Сплавы, имеющие химическое соединение (рис. 16, б) компонентов А и В, имеют сложную диаграмму состояния. Химическое соединение обозначают А_mВ_n. Это указывает на то, что в данном соединении на m атомов компонента А приходится n атомов компонента В. Число фаз в данной системе три - жидкий раствор, твердый раствор компонента В в компоненте А (фаза α) и твердый раствор компонента А в компоненте В (фаза β).
Данная диаграмма как бы составлена из диаграмм для двух систем: компонент А – химическое соединение АmВn, и компонент В – химическое соединение А_mВ_n. В сплавах левее точки С компонента А имеется больше, чем входит в химическое соединение А_mВ_n. Следовательно, в этих сплавах левее точки С образуется эвтектика α+А_mВ_n. В сплавах правее точки С компонента В больше, чем может входить в химическое соединение АmВn. Следовательно, в этих сплавах образуется эвтектика А_mВ_n+β.

 

10.2. Диаграмма состав—свойство связана с диаграммой состояния. Изучению этой связи посвящены работы Н. С. Курнакова — основоположника физико-химического анализа сплавов.

Рассмотрим каждую пару диаграмм (диаграмму состояния и соответствующую диаграмму состав—свойство) отдельно.

При отсутствии растворимости в твердом состоянии кристаллики каждого металла в сплаве полностью сохраняют свои свойства. Поэтому все свойства сплавов: твердость, электропроводность и др. будут изменяться по прямолинейному закону от металла А до металла В. При таком типе взаимодействия металлов нельзя получить сплав, например, с твердостью большей, чем у металла А или В.

Сплавы с неограниченной растворимостью в твердом состоянии изменяют свои свойства в зависимости от химического состава по криволинейному закону (рис. 39, б). Кривая на диаграмме состав—свойство обычно имеет максимум. Твердость, электросопротивление и т. д. у твердых растворов могут быть выше, чем у чистых металлов.

Если сплавы образуют ограниченные твердые растворы, то в области однофазных твердых растворов свойства изменяются по криволинейному закону, а в области механической смеси твердых растворов — по прямолинейному закону (рис. 39, в). Наибольшая твердость или электросопротивление могут быть у насыщенных твердых растворов а либо В.

Если металлы А и В образуют химическое соединение АтВп, в котором не растворяются ни Л, ни В, то свойства сплавов изменяются по двум участкам ломаной прямой линии (рис. 39, г); причем максимальные свойства (твердость, электросопротивление и т. д.) достигаются у химического соединения. Другие свойства при составе сплава, соответствующем химическому соединению, могут иметь минимум, например пластичность.

Зная характер взаимодействия между двумя металлами и тип диаграммы состав—свойства, можно легче и быстрее определять состав сплава, обеспечивающий наилучшие свойства.