Диаграммы состояния сплавов

Зависимость агрегатного или фазового состояния сплавов от их состава и температуры определяют экспериментально путем определения критических точек превращений в сплавах по кривым нагрева (охлаждения). По полученным данным строят диаграммы состояния, отражающие связь между состоянием сплавов, их составом и температурой, а также фазовые превращения, происходящие в сплавах при нагреве и охлаждении.

1. Диаграмма состояния сплавов — твердых растворов. На рис. 1.5 приведена диаграмма состояния сплавов, компоненты которых А и В обладают неограниченной растворимостью друг в друге. По вертикали располагают шкалу температур, по горизонтали — ось концентраций компонентов.

При таком построении диаграмма отражает состояние сплава любой концентрации при любой температуре.

Диаграмма состояния сплавов — твердых растворов состоит из двух линий: верхней — ликвидус (жидкий) и нижней — солидус (твердый). Выше линии ликвидус сплавы находятся в однофазном жидком состоянии между линиями ликвидус и солидус — двухфазном состоянии (кристаллы твердого раствора и жидкость) и ниже линии солидус — в однофазном твердом состоянии — состоят из зерен твердого раствора компонентов А и В.

Рис. 5 Диаграмма состояния сплавов – твердых растворов.

Как видно из диаграммы, сплавы-твердые растворы в отличие от чистых компонентов затвердевают и плавятся в интервале температур между линиями ликвидус и солидус. В случае ограниченной растворимости компонентов на диаграмме состояния ниже линии солидус будет еще одна линия, отражающая эту растворимость.

2. Диаграмма состояния сплавов-смесей. Сплавы-смеси также затвердевают и плавятся в интервале температур между линиями ликвидус АСВ (рис. 6) и солидус DCF. И только сплав, соответствующий концентрации точки С, плавится, как и чистые компоненты, при постоянной температуре. После затвердения этот сплав состоит из смеси (рис. 6) мелких зерен обоих компонентов А и В. Такая смесь называется эвтектикой (Э), сплав с такой структурой —• эвтектическим, а точка С — эвтектической точкой. Соответственно сплавы, расположенные левее точки С, называются доэвтектическими, правее — заэвтектическими.

Рис.6. Диаграмма состояния сплавов-смесей.

Затвердевание доэвтектического сплава I начинается в точке 1 на линии ликвидус АС выпадением кристаллов избыточного компонента А. Поэтому в интервале между точками 1 и 2 жидкая фаза сплава обедняется компонентом А и соответственно обогащается компонентом В. При температуре точки 2 сплав состоит из кристаллов компонента А и жидкой фазы, концентрация которой достигла эвтектического состава и поэтому затвердевает с образованием эвтектики (рис. 6).

Процесс затвердевания заэвтектического сплава IIIотличается от рассмотренного тем, что в нем на линии ликвидус СВ в точке 3 начинают выделяться кристаллы компонента В. Поэтому после затвердевания (точка 4) структура этого сплава состоит из кристаллов В и эвтектики (рис. 6).

3. Связь диаграмм состояния сплавов с их свойствами.

Рис.7. Связь диаграмм состояния сплавов с их свойствами

Например, если компоненты сплава образуют механические смеси, то свойства этих сплавов (твердость, электропроводность и др.) изменяются по закону прямой линии (рис. 7, а). В сплавах-твердых растворах эти свойства изменяются по кривой с максимумом или минимумом (рис. 7, б).

Установлено также, что твердые растворы обладают повышенной пластичностью, поэтому сплавы с такой структурой хорошо обрабатываются давлением. Наличие эвтектики в сплавах, наоборот, делает их более хрупкими, но улучшает литейные свойства.