Диаграммы состояния систем с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии с эвтектическими и перетектическими превращениями

Лекция №4

 

Тема: ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ С ОГРАНИЧЕННОЙ РАСТВОРИМОСТЬЮ КОМПОНЕНТОВ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ С ЭВТЕКТИЧЕСКИМИ И ПЕРЕТЕКТИЧЕСКИМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ. ПОНЯТИЕ ОБ ЭВТЕКТОИДНОМ И ПЕРИТЕКТОИДНОМ ПРЕВРАЩЕНИЯХ. ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ, ОБРАЗУЮЩЕЙ ХИМИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ. МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ, СВЯЗЬ С ТИПОМ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ. ПОНЯТИЕ О ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ.

 

 

На рис. 20. точка d характеризует предельную растворимость компонента β в компоненте α , а точка с компонента α в компонента β. Сплав, соответствующий точке 3, затвердевает при постоянной температуре Т₄. При температуре несколько ниже жидкий сплав оказывается насыщенным по отношению к обеим фазам (α и β-твердым растворам), так как точка 3 принадлежит сразу двум ветвям ликвидуса. Поэтому из жидкости состава 3 при температуре Т₄ одновременно выделяются предельно насыщенные кристаллы твердого раствора αd и βc, образующие механическую смесь.

Рис. 20. Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы и эвтектику.

 

Сплавы, в которых происходит одновременная кристаллизация α и β фаз при постоянной и самой низкой для данной системы сплавов температуре, называют эвтектическими. Структура, состоящая из механической смеси двух (или более) твердых фаз, одновременно кристаллизовавшихся из жидкого сплава, называется эвтектикой. В переводе с греческого - “легкоплавящаяся”. Сплавы, располагающиеся влево от эвтектического состава и имеющие концентрацию в пределах точек d b 3, называются доэвтектическими, а справа в пределах концентрации точек 3 и с - заэвтектическими.

При кристаллизации эвтектик сначала зарождаются и растут кристаллы α твердого раствора, богатого компонентом А. Жидкость, окружающая этот кристалл, обогащается вторым компонентом В, и в результате этого происходит выделение кристалликов α и β-твердого раствора. Жидкость, прилегающая к образовавшимся кристалликам β фазы, в свою очередь, обогащается металлом А, и поэтому вновь выделяются кристаллики α-фазы, богатые компонентом А. В результате переменного пересыщения жидкости по отношению к α и β-фазам образуется эвтектическая колония.

Процесс кристаллизации эвтектики протекает при постоянной температуре, так как согласно правилу фаз при одновременном существовании трех фаз постоянного состава система безвариантна. На кривой охлаждения образуется площадка. Одновременно кристаллизуются две фазы. После затвердевания сплав состоит из кристаллов эвтектики.

 

Диаграмма состояния сплавов с перетектикой приведена на рис. 21. Линия acb на диаграмме соответствует линии ликвидус, а линия adeb - линии солидус.

Рис. 21. Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы и перетектику.

 

Точка d характеризует максимальную растворимость компонента В в компоненте А, а точка е - предельную растворимость компонента А в компоненте В. Линия cde - линия перетектического превращения. Это превращение, как и эвтектическое, протекает в условиях существования трех фаз - жидкой и двух твердых α и β.

Перетектическое превращение отличается от эвтектического. При перетектическом превращении кристаллизуется только одна фаза, образующаяся в результате взаимодействия ранее выделившейся твердой фазы и жидкой части сплава определенного состава (точки с). Процесс перетектического превращения происходит при постоянной температуре (f=0). Процесс кристаллизации перетектического превращения не заканчивается при температуре t3, а продолжается и заканчивается, например, для сплава 2 в точке, соответствующей температуре t₄. Для сплава 1 при достижении температуры t₃ на лини cde выделяются кристаллы как α - так и β-фазы. В процессе перетектического превращения α-фаза зарождается на поверхности β-кристаллов, обволакивает их и растет. В результате перетектической реакции могут образовываться не только твердые растворы, но и неустойчивые химические соединения, которые плавятся инконгруэнтно, т.е. при плавлении состав жидкого расплава не совпадает с составом соединения.