Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых полностью растворимы в жидком и твердом состояниях

Если оба компонента сплава имеют одинаковые кристаллические решетки и атомные диаметры компонентов мало отличаются по размерам, то возможна полная взаимная растворимость компонентов в твердом состоянии. Диаграмма состояния таких сплавов (рис. 1.14, а) имеет простой вид и состоит из двух линий — ликвидус и солидус, пересекающихся между собой в точках кристаллизации чистых компонентов А и В. Диаграммы такого типа имеют системы Ag—Au, Mo—W, Fe—Ni и др. В процессе кристаллизации таких сплавов из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора. После полного затвердевания структура сплава будет однофазной.

На диаграмме состояния можно выделить три зоны. Первая зона — выше линии ликвидус, сплав находится в жидком состоянии. Вторая зона — между линиями ликвидус (MEN) и солидус (MCN), в которой происходит кристаллизация сплава в интервале температур и при изменении состава фаз.

С понижением температуры в этой зоне химический состав твердых кристаллов меняется по линии солидус, а состав жидкой фазы — по линии ликвидус. Третья зона — ниже линии солидус, сплав представляет собой твердый раствор компонента ВвА (А[В). Кристаллы сплава однородны и имеют одинаковый химический состав. Выравнивание состава сплава происходит за счет диффузии и частично путем диффузии более тугоплавкого компонента из внутренних областей кристаллов к внешним зонам (внутрикристаллическая диффузия).

Для определения концентрации компонентов в фазах, находящихся в равновесии, необходимо через точку, характеризующую состояние сплава (точка К для сплава X), провести горизонталь до пе-

Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых полностью растворимы в жидком и твердом состояниях

Рис. 1.14. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых полностью растворимы в жидком и твердом состояниях: а — диаграмма состояния; б — диаграмма состояния при разных скоростях охлаждения сплава; Л, В — компоненты сплава; MEN — линия ликвидус; MCN — линия солидус; / — зона жидкой фазы [Ж]; 2 — зона кристаллизации сплава; 3 — зона твердой фазы Л[В] L4, L5; S4, S5; АС4, ДС5 — точки ликвидуса, солидуса и степень дендритной ликвации для большей (4) и меньшей (5) скорости охлаждения сплава; X — сплав; К — точка, характеризующая состояние сплава X; X' — точка концентрации компонентов А и В в [Ж]; X" — точка концентрации компонентов А и ВъЛ[В].

Примечание. Твердые растворы обозначают буквами греческого алфавита (а, (3, у и т.д.) или сначала ставят химический символ компонента растворителя, а затем в квадратных скобках — химический символ растворенного вещества, например Fe [Ni], Mo [W], Au [Ag] и т.д.

ресечения с линиями ликвидус и солидус. Проекции точек пересечения горизонтали с линиями солидус и ликвидус на ось концентраций дадут искомые результаты.

При кристаллизации твердых растворов отчетливо виден рост дендритов. Оси первого порядка образуются при более высокой температуре, поэтому концентрация тугоплавкого компонента в них выше. Оси второго, третьего и более высоких порядков образуются при меньших температурах, поэтому с увеличением номера порядка концентрация тугоплавкого компонента в них уменьшается. При медленном охлаждении состав дендритов выравнивается за счет диффузии. При высоких скоростях охлаждения химическая неоднородность в различных объемах кристаллов сохраняется, что приводит к дендритной или внутрикристаллической ликвации.

Степень дендритной ликвации при быстром охлаждении можно определить по диаграмме состояния (рис. 1.14, б). Оси первого порядка, которые кристаллизуются в начале процесса, будут иметь состав, соответствующий точке S4, а последние оси — точке L4. Максимальное различие по составу (степень дендритной ликвации) будет АС4. При уменьшении скорости охлаждения диаграмма состояния сужается и степень дендритной ликвации станет равной ДС5 (ДС5 < ДС4), т.е. степень дендритной ликвации будет меньше. Кроме того, из диаграммы следует, что дендритная ликвация исправима, если сплав в твердом состоянии нагреть до температур несколько ниже линии солидус и выдержать при этой температуре в течение времени, необходимого для выравнивания состава за счет диффузии.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >