что означает линия солидус на диаграммах состояния

Солидус

Солидус (лат. solidus «твёрдый») — линия на фазовых диаграммах, на которой исчезают последние капли расплава, или температура, при которой плавится самый легкоплавкий компонент. Схожий, но противоположный термин, — ликвидус.

Иными словами, солидус — кривая, которая показывает для каждой температуры состав твёрдой фазы, которая может находиться в равновесии с жидкой.

Ретроградным (от лат. retrogradus «идущий назад») называют солидус, поворачивающий к ординате компонента при понижении температуры. Ретроградное плавление связано с образованием жидкой фазы, резко отличающейся по химическому составу от исходного твёрдого раствора. Ретроградное плавление можно трактовать как процесс выделения из твёрдого раствора легкоплавкого вещества.

В геологии выделяется сухой и мокрый солидус — линия начала плавления породы в безводных и водонасыщенных условиях.

Источники

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Солидус» в других словарях:

СОЛИДУС — (от лат. solidus плотный прочный), графическое изображение (линия, поверхность) зависимости температур конца равновесной кристаллизации растворов или сплавов от химического состава … Большой Энциклопедический словарь

солидус — сущ., кол во синонимов: 2 • линия (182) • поверхность (32) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Солидус — Solidus Солидус. (1) Самая высокая температура, при которой металл или сплав находится полностью в твердом состоянии. (2) В фазовой диаграмме, положение точек линии солидус представляет температуры, при которых соединения с различным химическим… … Словарь металлургических терминов

солидус — (от лат. solidus плотный, прочный), графическое изображение (линия, поверхность) зависимости температуры конца равновесной кристаллизации растворов или сплавов от содержания компонентов. * * * СОЛИДУС СОЛИДУС (от лат. solidus плотный, прочный),… … Энциклопедический словарь

Солидус — [solidus] линия солидуса, поверхность солидуса графическое изображение зависимости температур конца равновесной кристаллизации растворов или сплавов от их состава (Смотри Диаграмма состояния). Температуру солидус определяют методом термического… … Энциклопедический словарь по металлургии

СОЛИДУС — [solidus] линия солидуса, поверхность солидуса – графическое изображение зависимости температуры конца равновесной кристаллизации растворов или сплавов от их состава (см. Диаграмма состояния). Температуру солидуса опредеделяют методом… … Металлургический словарь

солидус — sukietėjimo kreivė statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Būsenos diagramos linija, vaizduojanti pusiausvirosios kristalizacijos temperatūros priklausomybę nuo daugiasandės sistemos sudėties. atitikmenys: angl. solidification … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

солидус — solidas statusas T sritis chemija apibrėžtis Būsenų diagramos linija, vaizduojanti pusiausvirosios kristalizacijos temperatūros priklausomybę nuo daugiakomponentės sistemos sudėties. atitikmenys: angl. solidification curve; solidus; solidus line… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

солидус — sukietėjimo kreivė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. solidification curve; solidus curve; solidus line vok. Solidus, f; Soliduskurve, f; Soliduslinie, f rus. кривая солидуса, f; кривая твёрдой фазы, f; солидус, m pranc. courbe de… … Fizikos terminų žodynas

Солидус — (от лат. solidus плотный, твёрдый) линия солидуса, поверхность солидуса, графическое изображение зависимости температур конца равновесной кристаллизации растворов или сплавов от их состава (см. Двойные системы, Тройные системы) … Большая советская энциклопедия

Источник

Линия солидус – линия конца кристаллизации

Линия ликвидус – линия начала кристаллизации.

Линия, ограничивающая область полностью кристаллизовавшегося сплава от остальной области на диаграмме состояний, называется линией солидус.

Диаграмма состояния II рода для неограниченных твердых растворов

Примером сплавов с такими диаграммами состояния являются сплавы системы Cu ‑ Ni.

Рис. 6.3. Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы

структур сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии

Диаграмма состояния III рода для ограниченных твердых растворов

Этот тип диаграмм очень важен в практическом отношении, так как часто представлен в составе сложных диаграмм широко распространенных промышленных сплавов.

В рассматриваемой системе ограниченная растворимость компонентов в твердом состоянии может быть постоянной и может быть переменной. Оба рассматриваемых случая представлены на рис.6.4 (соответственно линии EN и DF). В итоге имеем диаграмму состояния с двусторонней ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.

В такой системе компоненты А и Вне могут при затвердевании образовывать собственных кристаллов, так как они между собой образуют твердые растворы α и βСоответственно в области, лежащей слева от линии EN при кристаллизации из жидкости начинают выделяться кристаллы твердого раствора α. В интервале кристаллизации сплавы имеют двухфазную структуру (Ж + α ). После завершения кристаллизации и вплоть до окончательного охлаждения все эти сплавы имеют структуру однородного твердого раствора α. Аналогичная ситуация имеет место у всех сплавов, расположенных правее точки F, где образуются кристаллы β-твердого раствора.

У сплавов, расположенных в интервале между точкой F и проекцией точки D, первичная кристаллизация в интервале между ликвидусом и солидусом с образованием кристаллов β-твердого раствора. При этом сплавы после завершения кристаллизации вплоть до пересечения с линией DF имеют однородную структуру β-твердого раствора. При дальнейшем же охлаждении этих сплавов (например, сплава IV ниже точки 3) вплоть до полного охлаждения в структуре этих сплавов происходят изменения, связанные с выделением из β-твердого раствора второй фазы α_п(например, у сплава IV), причиной появления которой является уменьшение предела растворимости β-твердого раствора при понижении температуры сплава. На это указывает наклонный характер кривой DF. При понижении температуры твердый раствор βстановится пересыщенным компонентом А, и для приведения системы в равновесие из этого твердого раствора β выделяется избыток растворенного компонента А. Но так как в данной системе чистые компоненты не могут существовать как самостоятельные фазы (они должны образовывать твердые растворы), то на базе избыточных кристаллов компонента А образуется сразу же вторичный α-твердый раствор (α_п), кристаллы которого и выделяются из β-твердого раствора и располагаются в виде мелкодисперсных включений внутри зерен основной фазы β. Такие избыточные кристаллы, выделяющиеся не из жидкости, а из твердой фазы, обозначаются α_II (вторичные кристаллы), а сам процесс выделения новой фазы в твердом состоянии называетсявторичной кристаллизацией.

Рис.6.4. Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы образования структур сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии и с эвтектическим превращением

Все сплавы, расположенные между точками С и Е, называются доэвтектическими. Их кристаллизация будет начинаться с выделения кристаллов α-твердого раствора (например, сплава II в точке 1). В интервале кристаллизации (например, между точками 1 и 2) у этих сплавов будет структура (Ж + α). По линии ЕС в этих сплавах образуется эвтектика (α + β). После окончательного охлаждения Эти сплавы будут иметь структуру α + Эвтектика (α + β).

Все сплавы, расположенные между точками С и D, называются заэвтектическими. Их кристаллизация будет начинаться с выделения кристаллов β-твердого раствора (например, у сплава III в точке 1). В интервале кристаллизации (например, у сплава III между точками 1 и 2) эти сплавы имеют структуру (Ж + β). На линии CD у заэвтектических сплавов будет образовываться эвтектика (α + β).

При дальнейшем охлаждении заэвтектических сплавов в их структуре будут проходить последующие превращения, которых не было в доэвтектических сплавах. Причиной этих превращений является наклонный характер линии DF. Как уже было показано ранее, при наклонном характере кривой растворимости компонента А в компоненте В (линия DF) с понижением температуры предельная растворимость А в В становится меньше того количества А, которое в данный момент присутствует в сплаве. Поэтому из твердого раствора β будет выделяться α_п. Следовательно, все заэвтектические сплавы ниже температуры эвтектического превращения (например, сплав III ниже точки 2) будут иметь следующую структуру: β + Эвтектика (α + β) + α_п Эта структура содержит три структурных составляющих: β, Э(α + β) и α_II.

Диаграмма состояния IV рода для химических соединений.

Такая диаграмма изображена на Рис.6.5.

Примером диаграмм этого типа является диаграмма состояния сплавов системы Mg‑Са.

Химическое соединение (например, А_nВ_m) характеризуется определенным соотношением компонентов (например, n% компонента А и m% компонента В). На оси концентрации компонентов (ось абсцисс) химическое соединение обозначает точку, из которой выходит вертикальная линия, фактически разбивающая диаграмму на две простые диаграммы, в которых химическое соединение выступает уже в качестве самостоятельного компонента и, соответственно, образует эвтектики с компонентом А и с компонентом В.

Рис.6.5. Диаграмма состояния с устойчивым химическим соединением

Источник

Диаграмма состояния

Строится диаграмма состояния различными методами: по кривым охлаждения сплавов, измерениям удлинения образца из сплава при охлаждении, наблюдением микроструктуры, рентгеновским методом и др.

Если для двухкомпонентного сплава диаграмму строят по кривой охлаждения, то готовят серию образцов, в которых за 100% принимается все вещество образца, а соотношение компонентов изменяется от 100% компонента А и 0% Б до 0% А и 100% Б. Далее для каждого сплава строят кривую охлаждения от жидкого состояния до твердого, при этом фиксируют температуру, при которой меняется состояние сплава.

На диаграмме показана не только температура перехода сплава из твердого в жидкое состояние и наоборот, но и какие структуры имеются в сплавах до температуры плавления.

Линия, выше которой сплавы находятся только в жидком состоянии, называется линией ликвидуса.

Линия, ниже которой сплавы находятся только в твердом состоянии, называется солидус.

Диаграмма с полной нерастворимостью компонентов в твердом состоянии (механических смесей или диаграмма I рода)

Механические смеси компонентов сплава в твердом состоянии образуются, если компоненты не растворяются друг в друге и не вступают в химическую реакцию.

Основные линии диаграммы:

abc – линия ликвидус – геометрическое место точек начала кристаллизации сплавов различного химического состава: Выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии. L – liquid.

dbс – линия солидус – геометрическое место точек конца процесса кристаллизации; Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии.

abd – двухфазное состояние сплавов – происходит процесс кристаллизации компонента А.

Точка b – точка эвтектики; xb – эвтектический состав для данной пары компонентов.

Сплавы и структуры, образующиеся до точки b на диаграмме, называются доэвтектическими.

Сплавы и структуры, образующиеся в точке b на диаграмме, называются эвтектическими.

Сплавы и структуры, образующиеся за точкой b на диаграмме, называются заэвтектическими.

Диаграмма с неограниченной растворимостью компонентов

в твердом состоянии (или диаграмма II рода)

Диаграмма состояния с ограниченной растворимостью

компонентов в твердом состоянии (или диаграмма III рода)

На диаграммах данного вида оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии и ограниченно в твердом и не образуют химических состояний. Также на диаграмме присутствуют фазы: жидкость, a и b фаза.

abc – линия ликвидус; Xb – химический состав эвтектики.

adec – линия солидус.

df, eg – линии предельной растворимости в твердом состоянии.

При дальнейшем охлаждении ниже точки 3 концентрация компонента В в твердом растворе падает, т. е. атомы компонента В выделяются из твердого раствора. В структуре это проявляется появлением внутри зерен твердого раствора дисперсных частиц новой фазы.

Как отмечалось выше, из твердого раствора a при охлаждении ниже линии df выделяется компонент В. Однако выделение происходит не в виде кристаллов чистого компонента B, а в виде частиц твердого раствора атомов А в кристаллической решетке компонента B. Таким образом, фактически происходит выделение b фазы из твердого раствора a. Эти частицы называют вторичными зернами b фазы и обозначают как b2, имея в виду, что выделение первичных кристаллов b фазы происходит для заэвтектических сплавов из жидкой фазы.

Диаграмма состояния для сплавов с устойчивым

химическим соединением компонентов.

В каждой из этих диаграмм чистые компоненты и соответствующие химические соединения могут играть роль, как чистых компонентов, так и основы для твердых растворов. Это определяется физическими свойствами компонентов и их соединений. Важно, что на графике диаграммы надо обеспечить стыковку на важнейших точках линии ликвидус и солидус (должна получиться одна общая линия).

Диаграмма состояния с полиморфным превращением

Эвтектикоподобная механическая смесь, состоящая из одновременно выделяющихся из твердого раствора g кристаллов твердого раствора a и кристаллов К (компанент b с низкотемпературной решеткой) в точке d называется эвтектоидом.

Правило отрезков применяется для двухфазных областей диаграммы. С помощью правила отрезков можно для сплавов постоянного химического состава определить при изменении температуры:

1. Весовое соотношение между фазами.

2. Изменение химического состава фаз.

Правило отрезков для диаграмм I рода.

Для линий abd, bce и части диаграммы ниже линии de можно применить правило отрезков. Выберем сплав определенного химического состава x и рассмотрим применение правила отрезков для этого сплава при температуре t1. Общее состояние сплава определяется точкой f.

Правило отрезков позволяет определить относительное количество фаз.

1) Фазы L+B:

2) Химический состав фаз:

Относительное количество фаз определяется отношением соответствующей части горизонтального отрезка, проведенного для заданной температуры t1 – до пересечения с границами области к общей длине этого отрезка.

Химический состав фаз при заданной температуре определяется проекцией точек пересечения горизонтального отрезка с заданными границами областей на ось химического состава.

Правило отрезков для диаграмм II рода

Для a1b2 работает правило отрезков: ;

Химический состав фаз для рассматриваемой области определяется проекциями точек, попадающих на границу с областью, занимаемой соответствующей фазой, то есть в донном случае точка g на границе с областью a – определяет химический состав a-кристаллов, точка h на границе с областью L – определяет химический состав жидкости.

Применим правило отрезков для точек 1, f и 2 сплава x. При этом химический состав образующихся a-кристаллов будет меняться от x, через xg до исходного состава x в соответствии с правилом отрезков, то есть при кристаллизации a-кристаллы, образующиеся на разных этапах кристаллизации имеют разный химический состав.

Это противоречие связано с тем, что рассматриваемая нами диаграмма состояния является равновесной, то есть:

а) Процесс фазового превращения происходит бесконечно медленно;

б) Происходит диффузионное выравнивание химических составов каждой фазы;

а) Скорость кристаллизации конечна;

б) Полного выравнивания химического состава твердой фазы не происходит, то есть в составе образовавшейся твердой структуры остаются a-кристаллы с отличающимся от среднего химическим составом. Это явление носит название химической ликвации.

Ликвация – процесс, при котором часть структуры сплава отличается по своему химическому строению от основного состава. В реальных сплавах всегда происходит процесс ликвации.

Правило отрезков для диаграмм III рода

Применим правило отрезков для линий adf, fdeg и ceg. Для сплава состава x при температуре ti (точка i). Две фазы: жидкость и a-кристаллы: ; .

Для сплава x при температуре tl (точка l). Две фазы a и b: ; .

Для двухфазной области fdeg правило отрезков также работает. Изменение относительного количества и химического состава в этой области происходит за счет изменения растворимости компонентов друг в друге и соответствующих диффузионных процессов перераспределений внутри сплавов.

Связь свойств сплавов с их диаграммой состояния

Курнаков установил, что между типом диаграммы сплава и изменением его свойств, при изменении состояния, имеется соответствие. В его основе:

1) Изменение физических свойств твердых растворов существенно нелинейно зависит от их химического состава.

2) Изменение свойств механических смесей линейно связано с изменением относительного количества кристаллов в смеси.

Эта связь позволяет:

1) При исследовании новых сплавов и определении их свойств существенно сократить объем исследований, так как характеристика соответствующего графика известна.

2) На основе характеристик изменения свойств сплава уточнить соответствующие структуры превращения в нем.

Источник

Диаграммы состояния сплавов

В зависимости от взаимной растворимости компонентов, результатов их физико-химического взаимодействия диаграммы состояния сплавов могут иметь несколько основных видов.

Диаграмма состояния сплавов с неогра-ниченной растворимостью компонентов уста-навливает температуры, при которых происходят начало и окончание превращений имеющихся двух фаз сплава – жидкой и твердой (рис. 17).

Точка А’ соответствует равновесной температуре кристаллизации либо плавления компонента А, точка В’ – равновесной температуре тех же превращений компонента В. Линия А’mB’ характеризует изменение температуры начала кристаллизации жидких сплавов в зависимости от концентрации компонентов и называется «ликвидус», что по-латыни означает «жидкий». Линия А’nВ’ указывает на изменение температуры окончания кристаллизации сплавов в зависимости от их концентрации и называется «солидус» (по-латыни «твердый»).

Рис. 17. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов

Анализ диаграммы состояния позволяет для сплава любой концентрации и при любой температуре определить его фазовое состояние, состав фаз и количественное соотношение между фазами. Для этого через точку концентрации сплава, например, Х проводится вертикаль и рассматриваются превращения сплава в трех названных областях диаграммы при охлаждении.

В жидкофазной области сплав обладает бивариантным равновесием (С=2), которое сохраняется при изменениях концентрации и температуры.

Во время достижения температурой жидкого сплава точки 1 на ликвидусе начинает выделяться вторая фаза – кристаллы твердого раствора, и равновесие становится моновариантным (С=1). Из-за этого дальнейшее охлаждение и поддержание равновесного фазового состояния происходит только при соответствующих изменениях концентрации жидкой и твердой фаз. Эти равновесные концентрации при каждой определенной температуре характеризуются соответствующими точками на ликвидусе и солидусе, связанными прямой, параллельной оси концентраций и называемой «конодой». Для данной температуры начала кристаллизации в точке 1 конодой является прямая 1– 1′. Перпендикуляры, опущенные из ее концов на ось концентраций, показывают, что в начале кристаллизации жидкая фаза имеет исходную концентрацию Х, а выделяющиеся кристаллы обогащены более тугоплавким компонентом В.

При дальнейшей кристаллизации с охлаждением сплава до температуры точки 2 происходит изменение концентрации как жидкой фазы за счет ее обогащения компонентом А по ликвидусу от точки 1 к точке 2′, так и кристаллов твердой фазы по солидусу от точки 1′ к точке 2» путем диффузии в них компонента А из жидкости. Рассмотренные процессы подчиняются правилу концентраций, согласно которому для определения концентрации двух фаз сплава через точку его двухфазного состояния на диаграмме проводится конода, после чего проекция точки ее пересечения с ликвидусом на горизонтальную ось диаграммы указывает концентрацию жидкой фазы, а проекция точки пересечения коноды с солидусом – концентрацию твердой фазы.

Ко времени снижения температуры до точки 3 солидуса заканчивается кристаллизация жидкости, получившей обогащение компонентом А по ликвидусу от точки 2′ к точке 3′. В это же время благодаря диффузии происходит повышение содержания компонента А в кристаллах по солидусу от точки 2» к точке 3, где окончательно затвердевший сплав приобретает исходную концентрацию Х, и его равновесие становится бивариантным (С=2).

По результатам анализа диаграммы можно построить кривую охлаждения сплава любой концентрации с указаниями о фазовых состояниях и фазовых превращениях во всех областях диаграммы (рис. 18). При этом записывается схема фазового превращения жидкости в кристаллы с характеристиками температурного интервала превращения (вверху) и изменений концентрации фаз (внизу):

Рис. 18. Кривая кристаллизации сплава с неограниченной растворимостью компонентов и концентрацией Х

В случае ускоренного охлаждения сплава процесс диффузионного выравнивания химического состава кристаллов твердого раствора отстает от скорости кристаллизации, из-за чего возникает химическая неоднородность затвердевшего сплава, называемая ликвацией. Каждый кристалл при этом получает обогащение своей внутренней части более тугоплавким компонентом В, что представляет внутрикристаллитную (дендритную) ликвацию. В объеме металлической отливки такое обогащение наблюдается у ее поверхностных кристаллических слоев, что называется зональной ликвацией. В большинстве случаев из-за ликвации возникает неоднородность свойств литого изделия и происходит ухудшение его качества.

С использованием диаграммы возможно определение количественного отношения объемов фаз в двухфазной области сплава, что производится при помощи правила отрезков. Оно определяет, что объемы жидкой фазы V_ж и твердой фазы V_a обратно пропорциональны длинам отрезка коноды 2 – 2′, прилегающего к ликвидусу, и отрезка 2 – 2», прилегающего к солидусу (рис. 17):

.

По диаграмме рассмотренного типа кристаллизуются такие сплавы, как
Cu – Ni, Fe – Ni, Co – Ni, Sb – Bi и др.

Диаграмма состояния сплавов с растворимостью компонентов в жидком состоянии, с нерастворимостью и образованием эвтектики в твердом характеризует температуры превращений трех фаз: жидкой, кристаллов А и В (рис. 19).

Линии ликвидус A’DB’ и солидус CDE формируют на диаграмме три фазовых области. Выше ликвидуса существует жидкий сплав, который при охлаждении ниже участка A’D выделяет кристаллы А, ниже участка DB’ – кристаллы В. При температуре ниже солидуса CDE затвердевший сплав состоит из кристаллов А и В.

Рис. 19. Диаграмма состояния сплавов с нерастворимостью компонентов

Для сплавов с концентрацией Х₁ (менее Х₂) в точке 1 ликвидуса начинается выделение кристаллов А, обусловливая моновариантное равновесие (С=1). Согласно правилу концентраций, понижение температуры до точки 2 солидуса, не меняя состава кристаллов А на участке 1 / – С приводит к обогащению жидкости компонентом В по ликвидусу от точки 1 до то точки D. Здесь жидкость приобретает концентрацию Х₂ так, что в точке 2 жидкость завершает кристаллизацию при наиболее низкой температуре с одновременным выделением кристаллов А и В. Температура этого превращения остается постоянной, поскольку фазовое равновесие становится нонвариантным (С=0).

Такой сплав является эвтектикой (легкоплавящимся), процесс его кристаллизации из жидкого состояния с образованием двух твердых фаз представляет эвтектическое превращение. Правило отрезков показывает, что после затвердевания сплава Х₁ доля выделившихся в нем кристаллов А пропорциональна отрезку 2 – D, доля эвтектики, содержащей кристаллы А и В, пропорциональна отрезку С – 2. Структура эвтектики характеризуется кристаллическими зернами в виде дендритных сростков фазовых частиц различной формы. Эти фазы находятся в сложной физико-химической взаимосвязи, что придает эвтектике свойства отличные от свойств каждой фазы. Затвердевшая эвтектика имеет концентрацию Х₂ и, являясь двухфазной структурой, сохраняет при окончательном охлаждении моновариантное равновесие (С=1).

Концентрация сплава Х₂ является эвтектической, такой сплав сохраняет жидкое состояние до наиболее низкой, эвтектической температуры. При ее достижении из жидкости происходит быстрое, эвтектическое выделение фазовых кристаллов А и В при сохранении постоянной температуры, т.к. превращение является нонвариантным (С=0).

Сплавы с концентрацией менее, чем Х₂ называются доэвтектическими, при концентрации более Х₂ сплавы относятся к заэвтектическим. Кристаллизация заэвтектических сплавов, например, Х₃ характеризуется превращениями, подобными рассмотренному доэвтектическому сплаву Х₁. Они происходят при температурах ниже точки 3 ликвидуса и отличаются выделением из жидкости кристаллов В с одновременным обогащением жидкости компонентом А. Во время достижения эвтектической температуры точки 4 солидуса сплав затвердевает с образованием структуры, содержащей кристаллы В и ту же эвтектику из кристаллов А и В.

Кривые охлаждения рассмотренных типов сплавов с нерастворимыми компонентами и схемы фазовых превращений характеризуют процессы, протекающие во всех областях диаграммы (рис. 20).

Рассмотренный тип диаграммы отражает кристаллизацию сплавов Pb – Sb, Pb – Ag, Sn – Zn, Bi – Cd и др.

Д и а г р а м м а с о с т о я н и я с п л а в о в с к о м п о н е н т а ми, о г р а н и ч е н н о р а с т в о р и м ы м и в ж и д к о м с о с т о я н и и и о б р а з у ю щ и м и э в т е к т и к у, учитывает имеющиеся пределы концентрации компонентов, до которых каждый из них может раствориться в другом (рис. 21). Поэтому кроме ликвидуса А’еВ’ и солидуса А’aebB’, на диаграмме имеются линии сольвус (раствор): ас – изменение растворимости В в А, bd – изменение растворимости А в В.

Существующий выше ликвидуса жидкий сплав при охлаждении ниже А’е выделяет кристаллы a с окончанием этой кристаллизации ниже участка А’а солидуса. При дальнейшем охлаждении устойчивость a- раствора сохраняется для сплавов с концентрацией от 0 до с. Во время охлаждения жидкости ниже участка еВ’ происходит выделение кристаллов b, которое заканчивается ниже участка bB’ солидуса, после чего b- раствор сохраняет свою устойчивость для сплавов с концентрацией от d до 100. Завершение кристаллизации сплавов с концентрацией от с до d происходит с образованием смеси кристаллов a- и b-растворов.

В сплавах с концентрацией от с до а’, например, Х₁ из жидкости в точке 1 образуются кристаллы a, тем самым создается моновариантное равновесие (С=1). С понижением температуры до точки 2 концентрация жидкости меняется по линии 1 – 2′, концентрация кристаллов a – по линии 1’– 2. Последующее охлаждение кристаллов a происходит с бивариантным равновесием (С=2) до точки 3 сольвуса, где твердый раствор a оказывается насыщенным компонентом В. За счет этого компонент В выделяется с образованием кристаллов твердого раствора b_II, где индекс указывает на его возникновение не из жидкости, а из твердого раствора, равновесие системы становится моновариантным (С=1). При окончательном затвердевании концентрация кристаллов a изменяется по сольвусу от точки 3 к с, кристаллов b_II – по сольвусу от точки 3 / к d; в этом случае доля кристаллов a соответствует длине отрезка Х₁d, доля кристаллов b_II – длине отрезка сХ₁.

Рис. 21. Диаграмма состояния сплавов с компонентами, ограниченно растворимыми
и образующими эвтектику

Сплавы с доэвтектической концентрацией от а’ до е’, например, Х₂ при охлаждении из жидкого состояния проявляют эвтектические свойства жидкости. Снижение температуры от точки 4 до точки 5 вызывает образование кристаллов a с повышением концентрации В до предельной растворимости в точке а и обогащение жидкости до эвтектической концентрации в точке е, что происходит при моновариантном равновесии (С=0) и постоянной температуре. Доля эвтектики в сплаве соответствует отрезку а5, кристаллы составляют долю, пропорциональную отрезку 5е.

Кривые охлаждения характерных сплавов иллюстрируют рассмотренные превращения, соответствующие диаграмме состояния при ограниченной растворимости компонентов (рис. 22).

Рис.22. Кривые кристаллизации сплавов с ограниченной растворимостью компонентов: а – сплав доэвтектической концентрации Х₁, б – сплав доэвтектической концентрации Х₂, в – сплав эвтектической концентрации е’

Согласно приведенному типу диаграммы кристаллизуются сплавы Al – Cu, Al – Si, Cu – As, Cu – O и др.

Д и а г р а м м а с о с т о я н и я с п л а в о в с к о м п о н е н т а м и, р а с т в о р и м ы м и в ж и д к о м с о с т о я н и и и о б р а з у ю щ и м и у с т о й- ч и в о е х и м и ч е с к о е с о е д и н е н и е п р и к р и с т а л л и з а ц и ихарактеризуется однотипным эвтектическим взаимодействием между указанным химическим соединением и каждым компонентом сплава (рис. 22).

Рис. 23. Диаграмма состояния сплавов с компонентами, образующими устойчивое химическое соединение

Такие сплавы создаются между металлами и металлоидами при нормальной валентности, когда их химическое соединение вида А_mB_n приобретает температуру плавления более высокую, чем у компонентов А и В, поэтому представляет дистектику (трудноплавящееся). Это соединение не разлагается при нагреве до температуры плавления, на диаграмме играет роль самостоятельного компонента и создает максимум (A_mB_n)’ на ликвидусе A’D(A_mB_n)’KB’.

При указанных условиях компонент A_mB_n как бы разделяет диаграмму на две части, левая из которых может рассматриваться как диаграмма состояния сплавов A – A_mB_n, правая – как диаграмма состояния сплавов A_mB_n – B.

Обе части диаграммы имеют характерные эвтектические концентрации сплавов, соответствующие точкам D и K, а также линии солидус CDE и FKL, определяющие значения постоянной температуры эвтектических превращений. Поэтому в процессе охлаждения жидкости все фазовые превращения происходят аналогично рассмотренной выше диаграмме состояния сплавов с нерастворимыми компонентами (рис. 19).

Согласно этой аналогии, после завершения кристаллизации ниже солидуса CDE сплавы содержат фазы A и A_mB_n при наличии эвтектической структуры (A+A_mB_n). Ниже солидуса FKL в сплавах имеются фазы B и A_mB_n, включая эвтектику (B+A_mB_n).

При наличии определенной растворимости между химическим соединением и компонентами сплава на данной диаграмме появляются области их полной или частичной растворимости, как было показано ранее на соответствующих диаграммах.

Рассмотренная диаграмма состояния характеризует превращения при кристаллизации сплавов Fe – O, Mn – S, Cu – P, Ca – Mg и др.

Анализ диаграмм состояния позволяет не только установить характеристики фазового состава и структурного состояния сплавов, но и предопределить свойства сплавов, зная свойства входящих в них компонентов. Взаимосвязь между диаграммами фазового равновесия сплавов и диаграммами изменения их основных свойств впервые была выявлена Н.С. Курнаковым, поэтому ее называют правилом Курнакова. При этом, если на диаграммах фазового равновесия по вертикальной оси откладываются температуры плавления и кристаллизации существующих фаз сплава, то на диаграммах Курнакова по вертикальной оси откладываются значения соответствующего свойства сплава при определенной температуре. Наиболее отчетливо указанные взаимосвязи проявляются при измерениях твердости НВ, пластичности d, электросопротивления r, коэрцитивной силы Н_с, при оценке ферромагнитных свойств, коррозионной стойкости, обрабатываемости.

Правило Курнакова указывает, что при наличии в сплавах только одной фазы (твердого раствора) изменение ее состава вызывает криволинейную зависимость свойств, если же в сплавах присутствует двухфазная эвтектика, то зависимость свойств сплава является прямолинейной (рис. 24).

Рис. 24. Правило Курнакова для основных видов диаграмм состояния сплавов:
а – с образованием неограниченных твердых растворов, б – с образованием эвтектики, в – с образованием ограниченных твердых растворов,
г – с образованием химического соединения

При неограниченной растворимости компонентов образование уже небольшой концентрации фазы твердого раствора вызывает на диаграмме свойств резкое увеличение твердости НВ, электросопротивления r и других характеристик, превышающих соответствующие показатели свойств компонентов сплава (рис. 24, а). Такие сплавы отличаются хорошей обрабатываемостью давлением, невысокими показателями литейных свойств и обрабатываемости резанием.

В случае нерастворимости компонентов основные свойства двухфазной структуры с эвтектикой изменяются пропорционально соотношению фаз сплава и численно составляют средние арифметические значения свойств обеих фаз (рис. 24, б). У этих сплавов почти отсутствует обрабатываемость давлением, литейные свойства и обрабатываемость резанием являются повышенными.

Для ограниченной растворимости компонентов изменение свойств сплавов в однофазных областях соответствует криволинейным зависимостям, в двухфазной области – прямолинейной зависимости (рис. 24, в).

С образованием химического соединения свойства двухфазной структуры сплавов изменяются пропорционально соотношению фаз и достигают максимума при концентрации, отвечающей химическому соединению (рис. 24, г). Поэтому такие сплавы имеют значения твердости, хрупкости, температуры плавления значительно выше, чем исходные компоненты.

Правило Курнакова дает возможность производить рациональный выбор компонентов и концентрации сплава для получения фазового и структурного состояния, обусловливающего формирование заданных свойств сплава.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник