Анализ фазовых превращений в двойных сплавах с ограниченной растворимостью компонентов в жидком и твёрдом состояниях

 

Диаграмма фазового равновесия для рассматриваемого случая приведена на рис. 8.

Выше линии NEBKMR сплавы находятся в области однородной жидкой фазы. В области KmBMnK сплавы состоят из двух жидких фаз Ж’ и Ж”, концентрация которых определяется линиями KmB и KnM. Кривая BmKnM является линией предельного насыщения, или линией расслаивания.

При температуре BMC происходит монотектическое превращение:

,

т.е. жидкая фаза концентрации точки М превращается в смесь жидкой фазы концентрации точки В и твёрдой фазы β концентрации точки С.

Рис. 7

 

 

Рис. 8

 

По правилу фаз в случае монотектического превращения число степеней свободы равно нулю:

С = К – Ф + 1 = 2 – 3 + 1 = 0,

т.е. температура и концентрации фаз в течение всего превращения остаются неизменными.

Рассмотри процессы фазовых переходов при охлаждении сплава со­става X ₁. В интервале температур T ₁- Т ₂ из однородной жидкой фазы выделяется жидкая фаза Ж’, концентрация которой изменяется по линии 1’- В. Концентрация жидкой фазы Ж” изменяется по линии 1-М:

.

При температуре Т ₂ происходит монотектическое превращение:

.

В интервале температур Т₂ - Т ₃ происходит кристаллизация твёрдого раствора:

.

При Т ₃ происходит эвтектическое превращение:

.

Ниже Т ₃ идут следующие превращения:

 

5. Анализ фазовых превращений в двойных сплавах с наличием
химического соединения

 

Два компонента могут вступать в химическое взаимодействие друг с другом, образуя химическое соединение. Если химическое соедине­ние устойчиво при всех температурах до температуры его плавления, то такое соединение называется конгруэнтноплавящимся.

Диаграмма фазового равновесия для этого случая с образованием твёрдых растворов α и β на основе компонентов и твёрдого раство­ра γ на основе химического соединения А_mB_n представлена на рис. 9.

Для сплава состава Х ₂ концентрации компонентов в системе соответствуют химическому соединению. Максимум на кривой ликвидус для сплава Х ₂ может быть острым при малой склонности химического соеди­нения к диссоциации А_mB_n ↔ mA + nB вблизи температуры плавления или пологим при большой степени диссоциации.

Устойчивые химические соединения ведут себя как компоненты, и диаграмма фазового равновесия может рассматриваться как составлен­ная из двух диаграмм с наличием следующих эвтектических превраще­ний:

;

.

В качестве примера ниже дана схема фазовых переходов для сплава состава Х ₁:

;

;

;

.

 

Рис. 9

 

В случае образования неустойчивого (инконгруэнтно плавящегося) соединения и ограниченной растворимости в твёрдом состоянии диаграмма фазового равновесия имеет вид, представленный на рис. 10. Твёрдый раствор γ на основе химического соединения А_mB_n при на­греве устойчив только до температуры Т_РОМ, при которой происходит распад:

.

При охлаждении твёрдый раствор γ образуется в результате перитектического превращения:

.

Ниже рассмотрены фазовые переходы при охлаждении сплава состава Х ₁:

;

;

;

;

 

Рис. 10

 

6. Анализ фазовых превращений в двойных сплавах при
наличии полиморфных превращений у отдельных компонентов и в случаях перитектоидного и эвтектоидного превращений

 

Некоторые металлы обладают полиморфизмом, т.е. способностью на­ходиться в различных модификациях, отличающихся строением кристал­лической решетки. Каждая кристаллическая модификация устойчива в определенной температурной области. Наличие полиморфизма у отдель­ных компонентов отражается на диаграммах фазового равновесия. На рис. 11 показана одна из возможных диаграмм фазового равновесия для случая растворимости в твёрдом состоянии при наличии полиморфных превращений у одного из компонентов при температурах Т_М и Т_С.

Рассмотрим фазовые переходы, происходящие при охлаждении сплава состава X ₁. Кристаллизация твёрдого раствора γ происходит в интер­вале температур Т ₁ и Т ₂:

.

В интервале температур Т ₃- Т ₄ происходит фазовый переход (перекристаллизация в твёрдом состоянии) твёрдого раствора γ на основе одной из модификаций компонента в твёрдый раствор β на основе другой модификации компонента:

.

Аналогичная фазовая перекристаллизация происходит в интервале температур Т ₅- Т ₆:

.

 

 

 

Рис. 11

 

В некоторых системах в твёрдом состоянии происходят перитектоидные и эвтектоидные превращения. На рис. 12 представлена диаграмма фазового равновесия с наличием перитектического превращения при температуре Т_РМС, т.е. твёрдая фаза γ концентрации точки перитектики Р взаимодействует с твёрдой фазой β концентрации точки С, образуя новую твёрдую фазу α концентрации точки М.

 

Рис. 12

Рассмотрим фазовые превращения при охлаждении сплава Х ₁:

;

;

;

.

На рис. 13 показана одна из возможных диаграмм фазового равновесия с наличием эвтектоидного превращения при температуре Т_АЕС:

,

т.е. твёрдая фаза β концентрации точки Е превращается в смесь, состоящую из кристаллов α и γ твёрдых фаз.

 

Рис. 13

 

Рассмотрим фазовые превращения на примере сплава Х ₁:

;

;

;

.