Из каждых двух произвольно взятых компонентов можно создать множество сплавов разного состава и свойств. Информацию, позволяющую предварительно оценить возможности обработки сплава и получения нужных свойств дают диаграммы состояния сплавов.
Диаграмма состояния – это графическое изображение фазового состояния сплава в зависимости от температуры и состава. Диаграмма показывает состояние сплава при любом соотношении содержания компонентов А и В при любой температуре, позволяет определить, при какой температуре происходит затвердевание сплава, какие превращения происходят при нагреве и охлаждении, количественный и качественный состав фаз, дает возможность определять, какую структуру будут иметь медленно охлажденные сплавы, а также решать вопросы термической обработки, выясняя возможно ли при ее выполнении изменение микроструктуры.
|
|
Диаграмма двухкомпонентного сплава строится в двух измерениях: температура – концентрация (рис.). По оси ординат откладывается температура, а по оси абсцисс – концентрация. Общее содержание компонентов в любом сплаве составляет 100 %. Левая крайняя точка А по оси концентраций соответствует 100 % содержанию компонента А. Процентное содержание второго компонента откладывается по этой оси слева направо. Правая крайняя точка В соответствует 100 % содержанию второго компонента В. Каждая промежуточная точка на оси абсцисс соответствует определенному содержанию сплава.
Например, в точке С сплав состоит из 40 % компонента В и 60 % компонента А. В точке Д – 80 % компонента В и 20 % компонента А, и т.д. Следовательно, по мере удаления от точки А увеличивается количество компонента В и наоборот.
Ось ординат показывает изменение температуры и каждая точка на оси (например, точка Е) соответствует определенному фазовому состоянию рассматриваемого сплава при определенной температуре (ТЕ).
Для построения диаграмм состояния используют, прежде всего, метод термического анализа: строят кривые охлаждения для сплавов с разным содержанием исходных компонентов и изучают состояние сплава, применяя микроанализ, рентгеноструктурный анализ, электронную микроскопию, магнитные методы, определение физических и механических характеристик.
Все изменения фазового состава сплава сопровождаются тепловыми эффектами – выделением или поглощением тепла. На кривой охлаждения эти эффекты отражаются перегибами или остановками. Точки перегибов и остановок на кривой охлаждения называются критическими точками, или точками фазовых превращений данного сплава.
Одновременно изменяются физические и механические свойства сплава. Если тепловой эффект слабо выражен, то измеряя физические и механические свойства сплава можно уточнить температуру фазового превращения. Получив множество кривых охлаждения, критические точки переносят на график в координатах «температура – состав», получая, таким образом, диаграмму состояния.
| |
| а | б |
| Кривые охлаждения (а) получены экспериментально; диаграмма состояния (б) построена по экспериментальным данным |
Семейство точек соответствующих началу кристаллизации многочисленных сплавов с различным содержанием компонентов образуют линию ликвидус, с емейство точек соответствующих концу кристаллизации многочисленных сплавов с различным содержанием компонентов образуют линию солидус. Выше температур, образующих линию ликвидус все сплавы системы находятся в жидком состоянии, а ниже линии солидус – в твердом. Между линиями ликвидус и солидус все сплавы находятся в двухфазном состоянии: жидкость и кристаллы твердого раствора. Таким образом, линии ликвидус и солидус делят всю диаграмму на три области: две однофазные (Ж и α) и одну двухфазную (Ж + α).