Диаграмма состояний сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом виде (IV тип)

Категория:
Металлы


Диаграмма состояний сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом виде (IV тип)

Диаграмма состояний IV типа рассматривается на конкретном примере системы сплавов А1 — СиА12.

Алюминий и медь при определенном соотношении способны дать химическое соединение СиА12 с образованием максимума на кривой ликвидус. Разделяя известным образом диаграмму состояний А1 — Си по этому максимуму на две части, получают изучаемую здесь диаграмму состояний системы А1 — СиА12 (рис. 1) .

Рис. 1. Диаграмма состояний сплавов А1—СиА12

Чтобы облегчить изучение, ее полезно рассматривать как сочетание диаграмм состояний I и III типов.

Поведение компонентов системы А1 и СиА12 характеризуется следующими особенностями:
1) в жидком виде компоненты образуют неограниченный жидкий раствор;
2) в твердом виде они образуют ограниченный твердый раствор с некоторой предельной концентрацией меди, уменьшающейся с понижением температуры;
3) сплавы с количеством меди, превышающим предельную растворимость, способны образовывать эвтектику.

При растворении химическое соединение СиА12 диссоциирует и в растворе с алюминием оказываются атомы меди. На этом основании с равным правом говорят о твердом растворе в алюминии либо химического соединения СиА12, либо меди.

Как видно из рис. 1, при кристаллизации любого доэвтекти-ческого сплава происходит выделение не чистого алюминия, а твердого раствора меди и алюминия, обозначаемого а.

Линия ликвидус имеет такой же вид, как и у диаграммы первого типа (сплавов — механических смесей), а линия солидус более сложна и состоит из двух частей: а) криволинейного участка и б) прямолинейного горизонтального участка (эвтектической горизонтали). Линия MN указывает на уменьшение содержания меди в твердом растворе а с понижением температуры.

Рис. 2. Иллюстрация к рассмотрению вторичной кристаллизации и применению правила отрезков при распаде твердого раствора

Диаграмма IV типа имеет наклонную линию MN, характеризующую процессы фазового превращения сплавов в твердом состоянии. Чтобы описать эти процессы, рассмотрим охлаждение сплава. Превращения в этом сплаве до области твердого раствора идут в соответствии с диаграммой III типа Обычным порядком. При различных температурах в точках / и Твердый раствор еще не насыщен. Понижение температуры до точки на линии MN приводит к насыщению раствора, а при температуре ниже линии MN твердый раствор пересыщается и создаются, таким образом, условия для выпадения из него избыточной фазы. Этой фазой является химическое соединение СиА12. В результате ее выпадения структура сплава в точке 3 будет состоять из твердого раствора и химического соединения СиА12и, которое по характеру образования (выпадение не из жидкого, а из твердого раствора) называется вторичным и отмечается знаком //. Линия MN называется линией переменной растворимости меди в алюминии.

В области V структура сплава характеризуется фазовым составом а + CuA12|I . При понижении температуры количество СиА12и увеличивается и вследствие этого концентрация твердого раствора по меди уменьшается. Определение количественного соотношения весов твердого раствора и CuAl2u,a также определение концентрации (химического состава) фаз в области V можно осуществить при помощи правила рычага.

Рис. 3. Схемы микроструктур сплава с 4% меди при разных температурах: 1 — ненасыщенный твердый раствор; 2 — выделение CuAlj,, по границам зерен; 3 — значительное количество СиАЦ, и твердый раствор с минимальным содержанием меди

Твердые растворы принято обозначать буквами греческого алфавита: а, 0, f, 8 и т. д.

На диаграмме Al — СиА12 имеется только одна область твердых растворов меди в алюминии, которые обозначаются а. Если желательно указать, что раствор а имеет определенную концентрацию, соответствующую, например, предельной насыщенности, Т т0 можно написать 05,5.

Рис. 4. Иллюстрация к рассмотрению алюминиевомедных сплавов: а — диаграмма состояний; б — схема микроструктуры: А — твердый раствор; Б — эвтектика

При охлаждении от точки 4 до точки 5 сплав будет подвергаться дальнейшему фазовому превращению. При этом СиАЬ сохранится без изменения, так как это химическое соединение устойчиво при температурах ниже эвтектической. Превращение коснется только твердого раствора. Твердый раствор а5,5 при охлаждении окажется пересыщенным и начнет выделять избыточную медь в виде СиАЦ, поскольку растворимость меди в алюминии с понижением температуры падает, а медь неспособна выделяться в чистом виде.

Во избежание путаницы следует подчеркнуть, что СиАЬ будет выделяться не только из кристаллов первичного (избыточного) твердого раствора а, но также из кристаллов твердого раствора а, входящих в эвтектику. Напомним, что фазу а составляют все без исключения кристаллы твердого раствора а, в какую бы структурную составляющую они ни входили.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум