Диаграмма состояния для сплавов с промежуточной фазой

К промежуточным фазам относятся все фазы, которые образуются в интервале концентрации между растворами на основе компонентов А и В. От граничных растворов на диаграмме состояния промежуточные фазы всегда отделены двухфазными областями.

Промежуточные фазы бывают переменного и постоянного состава.

Промежуточные фазы переменного состава – это фазы, имеющие сравнительно широкие области гомогенности и представляют собой твердые растворы

Промежуточные фазы постоянного состава – это определенные химические соединения компонентов, для которых характерны очень узкие (практически отсутствующие) области гомогенности. На диаграмме состояния эти области изображаются вертикальными прямыми (ординатами). В последнем случае область существования промежуточной фазы изображается вертикальной линией.

Рассмотрим один из возможных вариантов диаграмм состояния для сплавов, образующих эвтектическую смесь из чистых компонентов и химического соединения постоянного состава (рис. 11).

Компоненты: вещества А и В.

Характеристика диаграммы (см. рис. 11): оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии; в твердом практически нерастворимы друг в друге и образуют химическое соединение постоянного состава А_mB_n. За исключением чистых компонентов и химического соединения все сплавы претерпевают эвтектическое превращение.

а

б

в

г

Рис. 9. Микроструктура и схематическое изображение пластинчатой (а), зернистой (б), игольчатой (в) и скелетной (г) эвтектик (х500)

.

а б

Рис. 10. Микроструктуры доэвтектического (а), и заэвтектического (б) сплавов системы Pb-Sb (x500)

–

Рис.11. Диаграмма состояния с промежуточной фазой

 

 

Фазы: жидкость L, кристаллы (А), кристаллы (В), кристаллы А_mB_n.

Точки: А′ – температура плавления и кристаллизации компонента А; В′ – температура плавления и кристаллизации компонента В; С′ – температура плавления и кристаллизации химического соединения А_mB_n; Е ₁ и Е₂ – точки эвтектики.

Линии: А′Е₁С′Е₂В′ – ликвидус; А′D Е₁F и G Е₂K В′ – солидус (не касается осей температур и разрывается на ординате химического соединения). Линии DЕ₁F и GЕ₂K в то же время являются и эвтектическими линиями.

Эвтектические равновесия для даннойсистемы представляет собой равновесие жидкости эвтектического состава LE₁ с кристаллами (А) и А_mB_n при температуре t E₁:

LE₁ (А)+ А_mB_n,

и равновесие жидкости эвтектического состава LE₂ с кристаллами (В) и А_mB_n при температуре t E₂:

LE₂ (B)+ А_mB_n

Для анализа фазовых превращений диаграмма состояния разбивается на две части по ординате химического соединения и далее по примеру, приведенному в подразделе 4.2. При этом химическое соединение рассматривается как компонент.

Первичные кристаллы промежуточной фазы при среднем увеличение могут выглядеть в виде дендритов, ветви которых на плоскости шлифа видны как овальные или округлые зерна в виде многоугольников, пластин или игл (рис. 12 и 13)

Рис. 12. Схематическое изображение возможных вариантов структур первичных кристаллов промежуточных фаз с эвтектикой

 

Рис.13. Микроструктура сплава Sb+30%Cu: избыточные кристаллы соединения Cu₂Sb (темные пластины) и эвтектика (смесь кристаллов Cu₂Sb и твердого раствора на основе Sb) в роли матрицы

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

ОБОРУДОВАНИЕ И ОБРАЗЦЫ

Для выполнения лабораторной работы студентам предоставляются микроскоп и коллекция из 5 шлифов.

 

ЗАДАНИЕ

1. В соответствии с вариантом вычертить диаграмму состояния.

2. Указать компоненты, дать характеристику диаграммы, перечислить фазы, охарактеризовать точки и линии диаграммы.

3.Записать фазовые превращения в сплавах, происходящие при постоянных температурах (нонвариантные реакции).

4.Обозначить фазы и структуры во всех областях диаграммы.

5. В соответствии с вариантом задания для заданного сплава построить кривые охлаждения с применением правила фаз и описать происходящие фазовые превращения.

6. В соответствии с вариантом задания для заданной температуры определить фазы, находящиеся в равновесии, их состав, процентную долю фаз (по правилу отрезков).

7. Изучить под микроскопом шлифы и определить тип структуры (твердый раствор; избыточные (первичные) кристаллы + эвтектика; одна эвтектика).

9. Составить отчет о работе.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Диаграмма состояния компонентов А и В представлена на рис. 14.

Компоненты: вещества А и В.

Характеристика диаграммы: оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии; компонент В ограниченно растворим в компоненте А в твердом состоянии, компонент А практически не растворим в компоненте В в твердом состоянии; компоненты образуют химическое соединение A_mB_n переменного состава (β-фазу).

Фазы: жидкость L, α- твердый раствор, промежуточная фаза β- твердый раствор на базе химического соединения А_mB_n., практически чистый компонент (В).

Точки: А′ – температура плавления и кристаллизации компонента А; В′ – температура плавления и кристаллизации компонента В; C ′ – температура плавления и кристаллизации химического соединения A_mB_n; Е₁ и Е₂ – точки эвтектик; D – точка предельной растворимости компонента В в А; F – точка предельной растворимости компонента А в A_mB_n; G – точка предельной растворимости компонента В в A_mB_n; S – точка предельной растворимости компонента В в А при комнатной

 

Рис. 14 Диаграмма состояния

температуре; R – точка предельной растворимости компонента A в A_mB_n в при комнатной температуре; Q – точка предельной растворимости компонента B в A_mB_n в при комнатной температуре

Линии: А′Е₁C′E₂В – ликвидус; АDE₁FC′GE₂KВ′ – солидус (отрезок КВ′ пересекает ось компонента В в точке В′); DS – линия сольвуса – линия предельной растворимости B в A; FR – линия сольвуса – линия предельной растворимости A в A_mB_n; G Q– линия сольвуса – линия предельной растворимости В в A_mB_n; DE₁F и GE₂K – линии эвтектических превращений.

Нонвариантные эвтектические превращения для даннойсистемы:

_– при эвтектической температуре t_E1 представляет собой равновесие жидкости эвтектического состава (L_E1) с твердыми кристаллами α - и β- растворов L_E1 = α_D+ β_F;

_– при эвтектической температуре t_E2 представляет собой равновесие жидкости эвтектического состава (L_E2) с твердыми кристаллами β- раствора и практически чистым компонентом (В) L_E2 (В)+ β_F.