Цель работы
Научиться анализировать фазовые превращения при охлаждении сплавов двойных систем: твердых растворов, эвтектического типа; изображать схемы микроструктур сплавов.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Микроструктура сплава формируется в процессах кристаллизации расплава, фазовых превращений и структурных изменений в твердом состоянии, происходящих при литье, обработке давлением и термичсской обработке.
Несмотря на многообразие факторов, влияющих на формирование микроструктуры сплава, важнейшие ее особенности можно предсказать, используя диаграмму состояния, так как именно диаграмма состояния даст сведения о характере фазовых превращений и их последовательности при нагревании и охлаждении сплава. Вместе с тем следует помнить, что диаграмма состояния описывает фазовое состояние в равновесных условиях, а реальная структура сплава складывается во времени и в неравновесных условиях (при ускоренном охлаждении, при больших степенях пластической деформации и т.д.).
Далее приведены сведения о типичных структурах, которые необходимо знать, прежде чем приступить к изучению микростроения промышленных сплавов.
СИСТЕМА С НЕОГРАНИЧЕННОЙ РАСТВОРИМОСТЬЮ КОМПОНЕНТОВ в жидком И ТВЕРДОМ состояниях
Диаграмма состояния двойной системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях представлена на рис. 1.
Рис. 1. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых полностью
Растворимы в жидком и твердом состоянии и кривая охлаждения сплава X.
Верхнюю кривую на диаграмме называют линией ликвидуса. Выше этой линии все сплавы системы А-В однофазны и находятся в жидком состоянии (Ж) Нижнюю кривую диаграммы называют линией солидуса. При температурах ниже этой линии все сплавы однофазны и состоят из кристаллов а-раствора. В интервале температур между кривыми ликвидуса и солидуса, называемом интервалом кристаллизации, или интервалом плавления, все сплавы состоят из двух фаз: жидкости и кристаллов а-раствора.
Кривые ликвидуса и солидуса - это геометрическое место точек, отвечающих температурам начала и конца кристаллизации различных сплавов системы А – В.
Кроме того, эта кривые отображают составы равновесных фаз (Ж и а) в различных сплавах и интервале их кристализации, т.е. изображают составы насыщенных один относительно другого жидких и твердых растворов. Рассмотрим процесс кристаллизации сплава X. При температуре выше t1 (температура начала кристаллизации) этот сплав представляет собой ненасыщенный жидкий раствор. Как только температура сплава понизится с температуры t1 жидкий раствор станет насыщенным относительно а-кристаллов и понижение температуры ниже t1 ) приведет квыделению из жидкости состава точки l первичных кристаллов а-раствора состава точки l', расположенной на кривой солидуса. Составы жидкости и выпавших из нее а-кристаллов изменяются при понижении температуры от t1до t2в соответствии с кривыми ликвидуса и солидуса: жидкость - от точки l до точки 2' а-кристалл - от точки l' до 2. Следовательно, в интервале кристаллизации в объемах сосуществующих фаз должна протекать выравнивающая диффузия. Рассмотренный процесс первичной кристаллизации сплава X можно записать как:
При температуре конца кристаллизации (t2) последние следы жидкой фазы (состава точки 2') исчезнут и сплав будет состоять из а-кристаллов (состава точки 2). При охлаждении от температуры t2 до комнатной в сплаве не происходит фазовых превращений. После равновесной кристаллизации структура сплава X будет состоять из кристаллов твердого раствора а. состав которых соответствует составу сплава (рис. 2). Зерна под микроскопом могут иметь неодинаковый цвет (более темный или более светлый), т.к. в сечении шлифа попадают различные кристаллографические плоскости по-разному ориентированные в пространстве кристаллов. Аналогичную структур) будут иметь все однофазные сплавы, а также чистые компоненты. Поэтому по структуре однофазного материала после равновесной кристаллизации нельзя определить что это: сплав, раствор или чистый металл. Форма и размеры зерен не являются специфическими для того или иного сплава, а зависят от условий кристаллизации.
Рис. 2. Схема структуры однофазного сплава X.