Фазовые диаграммы систем с полиморфизмом компонентов.

Если хотя бы один из компонентов обладает полиморфизмом, то в определенной группе сплавов он обязательно проявится. Строение ДС зависит от того, сколько имеется полиморфных модификаций в компонентах, повышаются или понижаются температуры полиморфных превращений с изменением состава сплава и, какова величина растворимости одного компонента в полиморфных модификациях другого (типовых ДС не очень много).

Рассмотрим систему с двумя полиморфными превращениями в одном из компонентов.

Компонент А (рис.3.38) имеет две модификации:a-А и b-А, например a-Ti с ГП решеткой и b-Ti с ОЦК решеткой. Точка О – температура равновесия двух модификаций.

 

Рис.3.38 Фазовая диаграмма двойной системы с полиморфизмом твердого раствора.

 

При растворении компонента В в обеих модификациях компонента А эта точка как бы раздваивается, т.к система из нонвариантной становиться моновариантной (в случае компонента В=К-Ф+1=1-2+1=0, а в случае двухкомпонентного сплава В=2-2+1=1). Здесь полная аналогия с «раздвоением» температуры плавления при переходе от металла к сплавам на его основе. Твердый раствор на базе определенной модификации обозначается той же греческой буквой, что и эту модификацию.

Фаза a - это твердый раствор компонента В в модификации a-А, фаза b - раствор В в модификации b-А. Они отличаются друг от друга только типом кристаллической решетки.

В сплаве Х₁ полиморфное превращение твердого раствора происходит в интервале температур Т₁-Т₂.

В отличие от полиморфного превращения в компоненте полиморфное превращение твердого раствора идет в в общем случае с изменением состава исходной и новой фазы.

Если не учитывать переохлаждение, то линия О-bуказывает температуры начала полиморфного превращения b®a при охлаждении, а линия О-а – температуры конца этого превращения.

Линию О-b называют b-трансусом,а линию О-а -a-трансусом (от лат.- переход, превращение).

Линию О-b можно рассматривать как геометрическое место точек составов b-раствора, насыщенного по отношению к a-фазе. При охлаждении раствора до температуры Т₁b-раствор становится насыщенным, поэтому (!) полиморфное превращение b®a можно рассматривать и как выделение a-фазы из b-раствора.

В сплаве Х₂ превращение не доходит до полного исчезновения b-фазы. При комнатной температуре ее доля равна (а-Х₂)/(а-b).

В структуре сплава Х₂ (рис.3.39) по границам и внутриb-зеренa-фаза может образовывать пачки (колонии) параллельных пластин, разделенных b-фазой (видманштеттова структура). Именно такая структура характерна для многих титановых сплавов.

Микроструктура сплава Х₂

 

Если при добавлении компонента В к компоненту А температура полиморфного превращения понижается, то возможны три варианта диаграмм.

Первый вариант: -Линия b-трансуса не пересекает линии содидуса и сольвуса b-фазы, и имеет интервал составов сплавов b-d, в котором высокотемпературная b-фаза стабильна при комнатной температуре (этот вариант мы только, что рассмотрели).

Второй вариант: - линия трансуса b-фазы пересекает линию сольвуса этой фазы (рис. 3.40).

Рис.3.40.

 

Линия сольвуса b-Е изображает составы b-раствора , насыщенного по отношению к g-фазе, линия трансуса O-Е – составы b-раствора, насыщенного по отношению к a-фазе. Точка Е, принадлежащая обеим этим линиям, характеризует состав b-фазы , насыщенной одновременно по отношению и к a-фазе и к g-фазе.

Поэтому при переохлаждении b-раствор состава точки Е распадается на две фазы: Т₄

b_Е®®a_а + g_с . – эвтектоидное превращение (подобное эвтектическому).

 

Рассмотрим превращения в двух сплавах этой диаграммы Х₁, Х₂, Х₃, Х₄. Особенности их структуры при комнатной температуре (самостоятельно).

 

Третий вариант: - линия трансуса b-фазыO-b пересекает линию солидуса этой фазы А^/ -b (рис.3.45)

 

Рис.3.45 Фазовая диаграмма двойной системы с метатектическим равновесием, связанным с полиморфизмом компонента А

 

Через точку пересечения проходит горизонталь а-b-l нонвариантного равновесия трех фаз - a_а, b_b, L_l. В соответствие с правило «трех точек» при охлаждении возможно только одно фазовое превращение с участием этих фаз:

Т₄

b_b ®® a_a + L_l, называемое метатектическим ( от греч. плавящийся после).