ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Діаграми стану систем з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані.

Такі типи систем найчастіше мають місце в металевих сплавах. При утворенні обмежених твердих розчинів зустрічаються два типи діаграм стану: з евтектичним і з перитектичним перетворенням.

3.1. Діаграма стану систем з утворенням обмежених твердих розчинів і евтектичним перетворенням (рис.4.5)

Лінією ліквідусу на цій діаграмі є лінія СЕD, а лінією солідусу – лінія CFEGD. На горизонтальній частині цієї лінії FEG відбувається евтектичне перетворення: РЕ ®(aF +bG (читається: рідина складу точки Е перетворюється в суміш двох фаз - a-твердого розчину складу точки F і b-твердого розчину складу точки G) , де a і b - обмежені тверді розчини компонента В у компоненті А (a) і компонента А в компоненті В (b).

Крім цих ліній на діаграмі є і дві нові – лінії так званого сольвусу, тобто обмеженої розчинності у твердому стані – FH і GI. Перша з них показує границю розчинності компонента В у компоненті А, тобто граничний вміст компонента В в a-твердому розчині. Відповідно, лінія GI є граничним вмістом компонента А в b-твердому розчині. З положення цих ліній видно, що взаємна розчинність компонентів із зниженням температури зменшується.

Вказані лінії діаграми ділять її площу на 3 однофазні та 3 двофазні області. До однофазних належать область рідкого розчину (вище лінії ліквідусу CED), область CFHA a-фази і область DGIB b-фази. Двофазними є області CEF і DEG, в яких відбувається кристалізація первинних кристалів відповідно a- і b-твердих розчинів, а також область існування двох твердих розчинів a і b - HFGI.. В цій області відбувається вторинна кристалізація, в якій, на відміну від первинної, не бере участі рідка фаза. Вторинна кристалізація полягає в тому, що після первинної кристалізації будь-якого сплаву, що лежить між точками H і I, і в складі структури якого є a- чи b-тверді розчини, ці тверді розчини при подальшому охолодженні до температур ліній сольвусів FH чи GI стають насиченими, а нижче цих ліній – перенасиченими. Оскільки стан перенасиченого твердого розчину є незрівноваженим, починається його розпад із виділенням надлишкового компонента.

Найчастіше це відбувається на межах зерен відповідного твердого розчину у вигляді окремих дисперсних часток або суцільних прошарків (див.рис.4.6).

Рис. 4.5. Діаграма стану (а) і криві охолодження (б) системи з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стан і евтектичним перетворенням

 

Як приклад розглянемо процеси кристалізації двох сплавів II і III. Первинна кристалізація сплаву II відбувається в інтервалі температур 4-5, де вся рідина закристалізується у вигляді a-твердого розчину. До точки 6, яка знаходиться на лінії сольвусу FH , цей розчин є ненасиченим компонентом В, у точці 6 він стає гранично насиченим, а нижче від неї – перенасиченим і при подальшому його охолодженні до точки 7 з нього виділяється надлишковий елемент – компонент В у вигляді b-твердого розчину (рис.4.6).

 

Рис.4.6. Схеми мікроструктури сплаву II (рис.4.5)

 

Таку остаточну структуру мають усі сплави в області FHF1 діаграми. Оскільки вторинна кристалізація відбувається в твердому стані при невисоких температурах, дифузія йде досить повільно і вторинна кристалізація за описаним механізмом може відбутися достатньо повно тільки в умовах дуже повільного охолодження. В реальних же умовах кристалізації зберігається певне перенасичення a-фази компонентом В. Але перенасичений твердий розчин є нестійким і в подальшому довільно розпадається, що супроводжується суттєвою зміною властивостей сплаву, перш за все - механічних: підвищенням твердості та міцності, зниженням пластичності і в’язкості. Таке явище називається старіння або дисперсійне твердіння, яке широко використовується при термічній обробці кольорових металів, зокрема алюмінієвих сплавів (див. лаб.роботу № 9).

Аналогічно відбувається кристалізація сплавів, що знаходяться між точками G та I (наприклад, сплаву VI) . Тільки в цих сплавах перенасиченим розчином є b-твердий розчин і з нього виділяється при охолодженні нижче лінії GI надлишковий компонент А у вигляді a-твердого розчину.

Кристалізація сплаву III відбувається в три етапи. На першому з них, в інтервалі температур 8-9, з рідини виділяється первинні кристали a-фази. Склад рідини при цьому змінюється вздовж лінії ліквідусу від точки 8 до евтектичної точки Е, а склад a-фази – по лінії солідусу від точки 11 до точки F. Другим етапом є евтектична кристалізація в точці 9:

РЕ ®(aF +bG).

Нижче від неї до точки 10 (до кімнатної температури) проходить вторинна кристалізація – розпад перенасиченого a-твердого розчину з виділенням вторинних кристалів bII. Водночас відбувається розпад b-твердого розчину, що входить до складу евтектики, з виділенням вторинних кристалів aII.. Але вторинні кристали a II i bII не утворюють нових окремих структурних складових, а виділяються на вже існуючих тих же фазах евтектики. Тому остаточна структура цього сплаву III, як і будь-якого іншого доевтектичного сплаву, має всього дві складові: первинні кристали a-фази та евтектику (a+b), як показано на рис.4.7.

 

Рис.4.7. Схема мікроструктури сплаву доевтектичного складу.

 

Кристалізація будь-якого заевтектичного сплаву відбувається аналогічно, лише a - і b-фази міняються місцями.

3.2. Діаграми стану з перитектичним перетворенням (рис.4.8)

Цей варіант діаграми реалізується тоді, коли температури кристалізації компонентів дуже відрізняються.

Лінія ліквідусу – CPD, солідусу – CNPD, сольвусу – NR I MQ.

Діаграма має три однофазні області: рідкого розчину (вище від лінії ліквідусу), a-фази (ACNRA), b-фази (QMDBQ) та три двофазні – рідини та кристалів a (CNPC), рідини та кристалів b (MPDM), кристалів a- і b-твердих розчинів (RNMQR). В останній області можна виділити окремо області RNN1R з a-фазою та вторинними кристалами bII - (a+bII) і MQM1M (b+aII).

На лінії NMP відбувається перитектичне перетворення: рідина та кристали, що раніше виділилися з неї, у взаємодії між собою утворюють нову тверду фазу: РР+aN®bM. (читається: рідина складу точки Р і кристали a-фази складу точки N перетворюються на кристали b-фази складу точки М). Остання реакція перитектичного перетворення відбувається з повним використанням двох вихідних фаз лише для одного сплаву – складу точки МI. Для будь-якого іншого сплаву одна з вихідних фаз буде надлишковою і частина її залишиться після перитектичного перетворення. Так, для будь-якого сплаву, що лежить між точками N і M (наприклад, сплаву III), надлишковою фазою буде a-фаза, а для сплавів між точками M і P (наприклад, сплавів IV i V) надлишковою фазою буде рідина.

 

 

Рис.4.8. Діаграма стану системи з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані і перитектичним перетворенням

 

Структура сплаву III після повного охолодження складатиметься з кристалів b-фази, що утворилися при перитектичному перетворенні, та кристалів a-фази, що вціліли при перитектичному перетворенні (рис.4.9, а). При охолодженні цього сплаву від точки 8 до точки 9 з цих фаз виділяються вторинні кристали (відбувається вторинна кристалізація: a®bII ; b®aII ), але нові структурні складові, як це було зазначено раніше, не утворюються.

В сплаві IV при охолодженні від точки 1 до точки 2 з рідини виділяються первинні кристали a-твердого розчину, склад яких змінюється по лінії солідусу від точки 6 до точки N. Водночас склад рідини змінюється вздовж лінії ліквідусу від точки 1 до точки Р. На лінії NM фази такого складу взаємодіють між собою за перитектичною реакцією з утворенням b-фази. Після перитектичного перетворення в точці 2 залишиться в надлишку рідка фаза і при охолодженні від точки 2 до точки 3 з неї виділяються вже первинні кристали b-твердого розчину. При охолодженні сплаву IV від точки 3 до точки 4 матимемо однофазний b-твердий розчин, в якому ніяких змін не буде. В точці 4 b-твердий розчин стає гранично насиченим компонентом А і при подальшому його охолодженні в інтервалі температур 4-5 відбувається вторинна кристалізація з виділенням кристалів bII (рис.4.9, б)

 

Рис.4.9. Схеми мікроструктур сплавів III (а) і IV (б) (рис.4.8)

 


4. Діаграми стану систем з хімічними сполуками

У подвійних системах можуть утворюватись хімічні сполуки між компонентами загальною формулою АmBn. Найчастіше ці хімічні сполуки утворюються безпосередньо з рідини: Р®Аm Bn

Конкретний вигляд діаграми визначається взаємодією її компонентів, передусім розчинністю їх у твердому стані, а також наявністю певних перетворень. При цьому хімічна сполука розглядається як окремий компонент. На рис. 4.10 показані два можливих варіанти: а – з відсутністю розчинності компонентів у твердому стані і б – з утворенням обмежених твердих розчинів на основі як чистих компонентів, так і хімічної сполуки — a-, b- і g-фаз.

 

 

Рис.4.10. Діаграми стану систем з хімічними сполуками

 

 

Систему, діаграма стану якої зображена на рис. 4.10, а, можна розглядати як сукупність двох систем з компонентами А і АmBn та B і AmBn.. Ці дві системи розділені вертикаллю FK. У кожній з підсистем утворюється власна евтектика – Е1 як суміш двох фаз – (А + АmBn) і Е2 ( В+ АmBn). Кристалізація і формування структур, наприклад, сплавів I, II, III, IV відбувається аналогічно тим, що були розглянуті нами в п.2 та на рис.4.3 цієї лабораторної роботи.

Для систем, діаграма стану яких показана на рис.4.10, б, характерним є утворення обмежених твердих розчинів: твердого розчину хімічної сполуки AmBn в компоненті А — a-фази; твердого розчину хімічної сполуки в компоненті В — b-фази та твердих розчинів компонентів А і В в хімічній сполуці – відповідно g1-фази і g2-фази. Зазвичай ці тверді розчини g1 і g2 розглядаються як один твердий розчин — g-фаза. Тому на діаграмі (роис.4.10, б) область FIMLHF розглядається як однофазна з твердим розчином g. Пунктирна лінія FF1 ділить цю область на дві частини: ліворуч від неї g-фазу можна вважати твердим розчином компонента А в хімічній сполуці AmBn, праворуч – твердим розчином компонента В в цій же сполуці.

Евтектики в цій системі складаються з суміші кристалів твердих розчинів:

Е1(a+g), Е2(g+b)

Кристалізація сплавів і формування остаточних структур в цій системі відбувається аналогічно розглянутих в п.3.1 і на рис.4.5 цієї лабораторної роботи.

 


© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти