книги / Технология металлов

Реальные диаграммы, относящиеся к какому-нибудь одному типу, отличаются друг от друга только местоположением крити­ ческих точек и кривых. Рассмотрим несколько типов диаграмм.

Диаграмма состояния первого типа1

Эта типовая диаграмма состояния характерна для сплавов, образующих механические смеси. Для большой наглядности рас­ смотрим реальную диаграмму РЬ — Sb (рис. 34).

На осях ординат отложены температуры, а на оси абсцисс — концентрация. С левой стороны 100% компонента РЬ, а с правой стороны 100% компонента Sb. Концентрация компонента Sb от­ считывается слева направо, а компонента РЬ — справа налево. Поскольку сумма концентрации всегда равна 100%, то на диа­ грамму наносят только концентрацию компонента Sb, а концен­ трацию компонента РЬ определяют по разности.

Диаграмма первого типа построена по нескольким кривым охлаждения, имеющим вид б, и одной кривой, имеющей вид в (см. рис. 33).

На рис. 34 по бокам показаны кривые охлаждения, послужив­ шие Основанием для построения диаграммы (помещенной в цент­ ре). На рис. 35 эта же диаграмма построена в крупном мас­ штабе.

точки конца затвердевания, называется линией с о л и д у с. Выше линии ликвидус сплавы всех концентраций находятся в жидком состоянии, а ниже линии солидус— в твердом состоянии.

Рассмотрим ход кристаллизации для сплавов трех концентра­ ций: 5, 13 и 80% Sb.

Для концентрации 5% Sb сплав при температуре t\ находится в жидком состоянии. При температуре t2 из каждого расплава начинает выкристаллизовываться компонент РЬ. По мере охлаж­ дения количество жидкого расплава уменьшается, а количестве твердой фазы увеличивается.

Поскольку из расплава выделяется компонент РЬ, концентра­ ция жидкого расплава становится беднее свинцом и богаче сурь­ мой. При температуре t3концентрация Sb составляет 1%. По ме­ ре дальнейшего охлаждения количество твердой фазы увеличи­ вается и при достижении tA концентрация Sb в жидкой фазе достигает 13%. При концентрации 13% Sb и температуре tA из остатка жидкой фазы одновременно выкристаллизовываются оба компонента, образуя механическую смесь, состоящую из РЬ и Sb, получившую название э в т е к т и к а . Образование эвтектики про-

1 Нумерация дана произвольно.

Рис. 34. Диаграмма состояния РЬ — Sb и ее построение

Тем п ерат ура,

Сурьма, %

Рис. 35. Диаграмма состояния РЬ — Sb

исходит при строго определенной температуре и концентрации. Температура^образования эвтектики наиболее низкая и является температурой конца затвердеваний сплавов всех концентраций. Поскольку при одновременной кристаллизации обоих компонен­ тов выделяется значительно больше тепла, чем тогда, когда кри­ сталлизуется только один компонент, становится понятным нали­ чие ступенек на кривых охлаждения при температуре затверде­ вания эвтектики. Ступеньки тем длиннее, чем больше остается жидкого расплава, имеющего концентрацию 13% Sb, т. ev чем ближе сплав к эвтектической концентрации.

Если концентрация исходного сплава менее 13% Sb, то струк­ тура его состоит из компонента РЬ плюс эвтектика и называется д о э в т е к т и ч е с к о й ; если концентрация сплава равна 13% Sb,

13% Sb, концентрация начинается с компонента Sb^ затем при эвтектической температуре образуется эвтектика и структура сплава состоит из компонентов Sb плюс эвтектика и называется

за э в т е к т и ч е с к о й .

Спомощью диаграммы состояния можно установить для каж­ дой концентрации количественное соотношение структурных со­ ставляющих, а также некоторые технологические и физико-меха­

нические свойства.

Количественное соотношение фаз определяется с помощью правила отрезков. Если провести горизонтальную линию si от какой-нибудь температуры до линии ликвидус (см. рис. 35) и пе­ ресечь ее перпендикулярно от заданной концентрации, то обра­ зуется два отрезка sk и Ы. Согласно правилу отрезков, количество искомой фазы относится так к количеству всего сплава, как дли­ на отрезка, прилегающего к противоположной фазе, относится в длине всей горизонтали. В частности,

Пользуясь этим правилом, можно установить, например, ко­ личество РЬ и эвтектики в доэвтектическом сплаве, поскольку количество эвтектики представляет собой количество бывшей жидкой фазы при температуре образования эвтектики. Например* при 5% Sb структура будет состоять из 5/13 эвтектики, а осталь­

ное РЬ.

Зная состав эвтектики (в данном сплаве с 13% Sb) и ее ко­ личество в структуре, можно определить примерный состав

сплава.

Зависимость между диаграммами состояния и литеиными свойствами установлена акад. А. А. Бочваром. Основное значение имеет интервал между температурами начала и конца за-

8 Н. А. Баринов и др.

ла затвердевания сплавов различной концентрации, и нижняя сол иду с, характеризующая конец затвердевания сплавов.

Между линиями ликвидус и солидус в сплаве одновременно присутствуют жидкая и твердая фазы.

На рис. 38 показана связь диаграммы со свойствами сплавов. Для этого типа диаграмм физические свойства характери­ зуются выгнутыми вверх или вниз линиями. Если в чистых метал­ лах' обычно увеличение твердости и прочности происходит за счет сильной потери пластичности, то в твердых растворах одновре­ менно может сочетаться высокая прочность, твердость и пластич­ ность. Такое сочетание делает твердые растворы в ряде случаев хорошими конструкционными материалами. Однако у твердых растворов с повышением температуры твердость и прочность

также сильно падают, как и у чистых металлов. Электропроводность у твердых растворов сильно снижается,

а электросопротивление повышается по сравнению с чистыми ме­ таллами. В то же время необходимо учитывать, что электро­ сопротивление чистых металлов сильно растет с повышением •температуры и оно может оказаться большим, чем для твердых растворов. Температурный коэффициент электросопротивления также зависит от степени концентрации и ниже, чем у чистых металлов.

Кроме вышеуказанных двух типовых диаграмм, возможны другие диаграммы, представляющие собой различные сочетания отдельных участков, указанных диаграмм или же сочетания це­ лых диаграмм.

На рис. 39 показан случай, когда компонент В растворяется до определенной концентрации в компоненте Л, образуя твердый раствор а, а затем образуется эвтектика из а + В. На рис. 40 показан случай, когда каждый компонент друг в друге раство­ ряется до определенных пределов, образуя твердые растворы а и р, а эвтектика состоит из а + р. Возможны также варианты, когда оба компонента при определенной концентрации образуют между собой химические соединения (Лт Вп). В этом случае могут также получиться различные сочетания. Химические соеди­ нения, как правило, более хрупки и тверды по сравнению с чи­ стыми металлами.

Основываясь на вышеприведенных положениях, по изменению форм диаграмм состояний можно представить в каждом отдель­ ном случае характер изменения технологических и физико-меха­ нических свойств этих сплавов 1.

1 Все приведенные диаграммы характеризуют превращения, связанные с первичной кристаллизацией. Однако с момента затвердевания сплавов при их дальнейшем остывании также происходит ряд процессов,