Диаграммы состояния двойных и тройных систем

к 20 Диаграммы состояния систем с моновариантными равновесиями твердых растворов на основе полиморфных модификаций компонентов

Простейшая диаграмма состояния системы с непрерывным рядом твердых p-растворов между высокотемпературной р-модификацией компонента А и компонентом В, не имеющим полиморфных модифика­ ций показана на рис. 29, а. Нонвариантное равновесие полиморфных и- и p-модификаций в компоненте А наблюдается при температуре точки A i ((д V В сплавах участка А — b равновесие ос 54 Р реализуется в интервале температур между кривыми A ib и A ia. Если иметь в виду превращение Р -*• а при понижении температуры, то кривую A ib можно назвать кривой начала, а кривую A 2а — соответственно кривой конца

жаются, в результате чего область существования твердых (3-растворов расширяется. В англоязычной литературе кривые типа А ХЬ и А ха на­ зывают кривыми трансуса или просто трансусом (от англ, transform и

*3 “ t«

6 (полиморфное превращение). В соответствии с пра-

____________________ _____________________ ___ - -г - вилом рычага, в интервале температур f3 - f4 доля p-кристаллов

уменьшается от единицы до нуля, а доля а-кристаллов - наоборот, увеличивается, от нуля до единицы. Эти количественные изменения

72

происходят за счет изменения составов 0- и a-кристаллов по кривым

A t b и А 1а.

По отношению к полиморфному компоненту А все легирующие элементы, расширяющие область устойчивости p-раствора, называют

являются ванадий, ниобий, тантал, молибден и вольфрам. Эти элементы имеют ту же кристаллическую решетку, что и Р- Ti (о.ц.к.), образуют с ним непрерывные ряды твердых Р-растворов, поэтому их называют также изоморфными Р-стабилизаторами. Изоморфный (греч.) - дос­ ловно ’’равноформный” , т.е. с одинаковой формой кристаллов. Исто­ рически сложилось так, что этим термином обозначали также вещества и с одинаковой кристаллической структурой, которая определяет одинаковую форму кристаллов таких веществ. Одинаковую форму могут иметь кристаллы веществ с разной кристаллической структурой, поэтому вместо термина ’’изоморфный” лучше использовать термин ’’изоструктурный” .

На рис. 30, а показана диаграмма состояния системы с замкнутой областью у-фазы на основе полиморфного компонента А, имеющего три модификации (обозначение модификаций такое же, как у железа). Две из них - низкотемпературная а- и высокотемпературная 6-моди­ фикации - изоструктурны одна другой и компоненту В и образуют с ним непрерывные ряды твердых а( 6)-растворов. На основе промежу­ точной у-модификации компонента А образуются граничные у-раст-

a

повышает температуру превращения а -* у в компоненте* А, что при­ водит к образованию замкнутой области существования у-растворов. Можно также говорить о том, что компонент В обладает ретроградной

симальному удалению кривых А 1135А2 и A t246A2 от ординаты компо­ нента А, это превращение приостанавливается, а затем в интервале температур t2 - t3 - идет в обратном направлении, т.е. у 4 _ 6 -* -► а (6)3 _ д. При температуре f 3сплав снова оказывается однофазным и состоит из кристаллов ос(б)-раствора на основе низкотемпературной модификации компонента А. В соответствии с этим на кривой охлаж­ дения сплава х (рис. 30, б) выявляются четыре критические точки (все

ные системы образуют ванадий, ниобий, молибден, вольфрам, кремний и другие элементы.

Если компонент В одновременно снижает температуры полиморф­ ных превращений а ( б ) -,- у и у - » а ( б ) и ограниченно растворим в промежуточной у-модификации компонента А, то на диаграмме сос­ тояния (рис. 31) также образуется замкнутая у-область, но она ограни­ чена провисающей петлей у-фазы. Характерная особенность этой

74

петли - обязательное касание кривых А 1135тА2 и А 1246тА 2 в точке минимума т (см. также §5).

В сплаве у, отвечающем по составу этой точке, полиморфное прев­

площадка.

Как и на предыдущей диаграмме состояния (см. рис. 30, а), разные

ращения у — а (6). Точки 5 и 6 при температуре f3 находятся на мак­ симальном удалении от ординаты компонента А. Аналогично, участок A x246 второй кривой отвечает температурам конца полиморфного превращения ос(6) -► у, а участки 6 т и т А 2 - соответственно темпе­ ратурам начала обратного превращения у -* ос(6). В сплавах, распо­ ложенных между точками 5 и 6, полиморфное превращение а(б) -♦ у при понижении температуры протекает так же, как в сплаве х из пре­ дыдущей системы (см. рис. 30, а). Провисающая петля у-фазы наблю­ дается на диаграмме состояния системы Fe - Сг.

Диаграммы состояния систем с полиморфными компонентами более разнообразны, если полиморфизмом обладают оба компонента.

На рис. 32 представлены простейшие диаграммы состояния систем с непрерывными рядами твердых «■ и Р-растворов между изоструктурными а- и ^-модификациями компонентов А и В. Эти диаграммы сос-

Рис.32

тояния отличаются только характером кривых, изображающих равно­ весия Ж —0 и а —р. Точки минимума т 1н т 2 (рис. 32, б) не обяза­ тельно совпадают одна с другой по концентрации.

Если компонент В ограниченно растворим в разных модификациях полиморфного компонента А, то граничные растворы на основе этих модификаций могут участвовать в различных нонвариантных равно­ весиях: эвтектоидном, монотектоидном или метатектическом.

§ 21. Диаграмма состояния системы

сэвтектоидным равновесием

1.Диаграмма состояния

Диаграмма состояния системы с нонвариантным эвтектоидным равновесием Рs - o t 3i + Т ^п р и температуре ts показана на рис. 33, а, где Ps - и а а - граничные растворы на основе высоко- и низкотемпе­ ратурных модификаций полиморфного компонента А, а V ь ~ граничный раствор на основе компонента В. Эвтектоидное (греч.) - похожее на эвтектическое равновесие, но отличающееся от него тем, что в нем участвуют только твердые фазы. По аналогии с эвтектической гори­ зонталью ab и эвтектической точкой е горизонталь а 1Ь1 называют

эвтектоидной горизонталью, а точку s на этой горизонтали - эвтектоидной точкой. Структурная составляющая, образующаяся в резуль­ тате распада твердого Р5-раствора по реакции Ps '*^a a 1+ V b ; получила название эвтектоида. Как и эвтектику, эвтектоид нельзя (хотя это часто делается) называть смесью кристаллов разных фаз, поскольку он об-

a

Рис. 33

76

разуется не при их смешении, а в результате распада одной твердой фазы на две другие и их кооперативного роста (см. п. 2).

Сплавы, расположенные между точками а ,и s, называют доэвтектоидными, а сплавы, расположенные между точками s и b t - заэвтектоидными. Не останавливаясь на описании известных кривых ликви­ дуса и солидуса, начала и конца полиморфного превращения р -* а и др., назовем только кривыесольвуса as и а ^ ^ bbt H

Кривые as и a ta 2 показывают, как изменяется растворимость ком­ понента В в высокотемпературной Р- и низкотемпературной a-моди­ фикациях компонента А с температурой. При понижении температуры по этим кривым из Р- и а- выделяются у-кристаллы, которые можно назвать вторичными, если они выделяются из Р-раствора (по кривой as), и третичными, если они выделяются из a-раствора (по кривой а ^з), в отличие от первичных Y-кристаллов, выделяющихся из жидкости (по кривой В'е)*. Аналогично кривые bb3 и bib2 показывают, как изме­ няется растворимость р- и a-модификаций компонента А в компоненте В с температурой. Очевидно, a-кристаллы, выделяющиеся из у-раствора по кривой bbv можно также назвать вторичными, а a-кристаллы, вы­ деляющиеся из того же у-раствора по кривой b jb ^ - третичными.

2. Фазовые превращения и структура сплавов

Доэвтектоидный сплав m t кристаллизуется в интервале температур

температуры от ts до комнатной - выделение из «-кристаллов, обра­ зовавшихся в результате полиморфного и эвтектоидного превращений, третичных у-кристаллов и из у-кристаллов эвтектоидного происхож­ дения - третичных а-кристаллов.

На кривой охлаждения сплава n ij (рис. 33, б) видны четыре крити­ ческие точки, а структуре - главным образом три структурные состав­ ляющие: избыточные «-кристаллы, образовавшиеся в результате поли­ морфного превращения Р -*• а, эвтектоид а + у и выделения третичных у-кристаллов внутри избыточных a-кристаллов (рис. 34, а). Термин ’’избыточные «-кристаллы” используют в том смысле, что сплав имеет не чисто эвтектоидную структуру (как, например, сплав s j. Поскольку

* По аналогии с первичным, вторичным и третичным цементитом (карбидом Fe3C) в железоуглеродистых сплавах (см. А.А.Бочвар. Металловедение. - 5-е изд. - М.: Металлургиздат, 1956. - С. 308).

§22. Диаграмма состояния системы

смонотектоидным равновесием

1.Диаграмма состояния

От рассмотренной диаграммы состояния с нонвариантным эвтектоидным равновесием (см. рис. 33, а) мало чем отличается диаграмма

состояния системы с монотектоидным равновесием ап»- >иа + Рь (рис. 35), где ап и Од - это граничные растворы на основе компонента А и высокотемпературной модификации компонента В с одной и той же

При температуре критической точки k(t^ составы этих растворов идентичны (изображаются точкой к), а при температуре tn - изобража­ ются соответственно точками пн а.

2. Фазовые превращения в сплавах

Фазовые превращения в сплавах этой системы напоминают прев­ ращения в сплавах предыдущей системы с эвтектоидным равновесием (см. §2 1 ), поэтому подробно мы их анализировать не будем.

ео