Диаграмма состояния сплавов – графическое изображение фазового и структурного состояния сплавов при определенной температуре и определенной концентрации компонентов.
Эвтектика – механическая смесь двух и более компонентов, кристаллизующихся при постоянной температуре одновременно и обособленно друг от друга.
Предел усталости (выносливости) – наибольшее напряжение цикла, которое выдерживает металл без разрушения.
Обозначается σ -1 .Измеряется в МПа.
Другой и важной характеристикой выносливости металла при циклических нагрузках является усталостная долговечность – число циклов нагружения перед разрушением при заданном напряжении.
Обозначается N.
Износостойкость.
Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление износу, постепенному изменению размеров и формы деталей, работающих в условиях трения.
Испытания на износ проводят на образцах в лабораторных условиях, а испытания деталей – в условиях, близких к реальным условиям эксплуатации. Величину износа образцов или деталей определяют различными способами: измерением размеров, взвешиванием и другими.
Обозначение механических смесей: ( А + В ),
или в случае твердых растворов: ( α + γ ).
Химические соединения.
Если элементы, составляющие сплав, взаимодействуют друг с другом, то образуются химические соединения. Они имеют однороднуюструктуру (одну фазу). Химические соединенияимеют постоянную температуру плавления и кристаллизации. Кристаллические решетки химического соединения и исходных элементов различаются.
В химическом соединении сохраняется определенное соотношение атомов элементов, позволяющее выразить их состав стехиометрической пропорцией в виде формулы АnВm.
Химические соединения обладают очень высокой твердостью. Например, соединение железа с углеродом Fe3C. Его твердость в 10 раз выше, чем твердость чистого железа. В отличие от твердых растворов химические соединения характеризуются высокой хрупкостью, поэтому они непригодны для механической обработки.
ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ
Диаграммы состояния сплавов строятся в координатах температура и концентрация компонентов.
В зависимости от типа взаимодействия компонентов в сплаве диаграммы состояния имеют разный вид.
Все диаграммы состояния строятся экспериментально методом термического анализа.
Метод термического анализа.
Чтобы построить диаграмму состояния, выбирают несколько сплавов различной концентрации компонентов и нагревают их выше температуры плавления до жидкого состояния. Затем опять охлаждают до комнатной температуры. В процессе охлаждения строят серию кривых охлаждения в координатах температура и время. Затем фиксируют на кривых охлаждения точки перегибов, остановки и площадки, которые соответствуют фазовым и структурным превращениям, происходящим в сплавах в процессе охлаждения. Эти точки называют критическими температурами.
Затем значения этих температур наносят на заготовку для диаграммы состояния, соединяют как геометрическое место точек и получают линии диаграммы.
Дополнительно к термическому анализу для изучения превращений в сплаве проводится изучение микроструктуры в микроскопе.
Вид диаграммы зависит от того, какой тип сплава образуется при кристаллизации – механическая смесь, твердый раствор или химическое соединение. По этому признаку сплавы делят на группы, каждая из которых имеет типичную диаграмму состояния (I , II , III и IV рода). Рассмотрим примеры каждого типа диаграммы состояния.
Диаграмма состояния I рода для механических смесей.
Примером диаграмм этого типа является диаграмма состояния сплавов системы Pb ‑ Sb. Диаграмма Pb ‑ Sb строится на основе использования кривых охлаждения, полученных методом термического анализа (рис.6.2).
Система сплавов Pb ‑ Sb включает в себя составы со 100% РЬ и 0 %Sb, т.е. чистый свинец, и со 100% Sb и 0% РЬ, т.е. чистую сурьму. Кривые охлаждения для этих чистых металлов имеют по одному горизонтальному участку, характеризующему температуру кристаллизации: соответственно для свинца 327°С и для сурьмы 631°С. На диаграмме состояния эти температуры находятся на осях ординат, где содержатся соответственно чистый свинец и чистая сурьма. Структура чистых металлов представляет собой однородные зерна.
Сплав, содержащий 13% Sb и 87% РЬ, также имеет один горизонтальный участок, т.е. одну критическую точку (245°С) - температуру кристаллизации этого сплава. Этот сплав характеризуется тем, что в нем происходит одновременная кристаллизация из жидкой фазы кристаллов РЬ и Sb с образованием механической смеси - эвтектики. Сам сплав с 13% Sb и 87% Рb является эвтектическим, а его микроструктура представляет собой попеременно чередующиеся выделения сурьмы в свинцовой основе (рис.6.2).
Рис.6.2. Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы структур
сплавов системы Pb – Sb.
Кристаллизация любого сплава, имеющего 0% < Sb < 13%, начинается с выделения кристаллов Рb. Эти сплавы кристаллизуются в интервале температур, и на кривых охлаждения имеются две критические точки, соответствующие началу и концу кристаллизации (например, сплав с 5% Sb). Все они называются доэвтектическими сплавами, претерпевают эвтектическое превращение при охлаждении ниже температуры 245°С и имеют после окончательного охлаждения структуру Рb + Эвтектика(Рb + Sb). В этой структуре имеется две структурные составляющие: кристаллы Рb и эвтектика (Рb + Sb).
Кристаллизация любого сплава с концентрацией 100% > Sb > 13% начинается с выделения кристаллов Sb. Эти сплавы также кристаллизуются в интервале температур - начала и конца кристаллизации. При охлаждении ниже температуры 245°С в них протекает эвтектическое превращение. Эти сплавы называются заэвтектическими и имеют после охлаждения окончательную структуру Sb + Эвтектика (Рb + Sb). Структура заэвтектических сплавов состоит из двух структурных составляющих: кристаллов Sb и эвтектики (Рb + Sb).
Линия, ограничивающая на диаграмме область жидкой фазы сплавов, называется линией ликвидус.