Диаграммы состояния i типа
Диаграммы состояния I типа характеризуют совокупности, компоненты которых в жидком состоянии всецело взаимно растворяются, а в жёстком состоянии образуют механическую смесь кристаллов обоих компонентов.
Построение диаграммы состояния I типа разберем на примере совокупности сплавов свинец — сурьма (Pb—Sb). К совокупности сплавов свинец — сурьма относятся все составы между чистым свинцом (100% РЬ) и чистой сурьмой (100% Sb).
Дабы не делать наблюдений над всеми составами сплавов, ограничимся анализом только шести сплавов данной совокупности с содержанием сурьмы 5, 10, 13,.20, 40 и 80%. В случае если нагреть любой из этих сплавов до полного расплавления и посредством счётчика и пирометра времени зафиксировать процесс их охлаждения, то по взятым разрешённым можно построить кривые, приведенные на рис.
1. горизонтальные участки и Перегибы кривых характеризуют замедление либо остановки падения температуры сплавов при равномерном охлаждении и показывают наличие критических точек при данных температурах.
Рис. 1. Кривые охлаждения сплавов свинец — сурьма: а — 5%§Ы б – 10% Sb; в — 13% Sb; г — 20% Sb; д — 40% Sb; е — 80% Sb
Пять из приведенных кривых показывают наличие двух критических точек для забранных сплавов при затвердевании, и лишь одна кривая, соответствующая сплаву с содержанием 13% Sb, имеет одну критическую точку 246°. Верхние критические точки соответствуют началу перехода сплавов из жидкого состояния в жёсткое, нижние — окончательному затвердеванию.
Для построения диаграммы состояния сплавов свинец — сурьма отметим в масштабе по горизонтали точки забранных нами сплавов, принимая, что слева будет чистый свинец, а справа — чистая сурьма (рис. 2).
По вертикали разметим шкалу температуры и отложим критические температуры указанных сплавов. Свинец имеет температуру плавления 327°, сурьма 630°.
Соединяя нижние критические точки, возьмём прямую DE, а соединяя верхние точки —две кривые АВ и ВС, сходящиеся в точке В с прямой DE.
Выстроенная диаграмма говорит о том, что начало затвердевания разных сплавов совокупности происходит при разных температурах, а окончание затвердевания — при одной определенной температуре для всей данной совокупности сплавов, и что один сплав (13% Sb) имеет, как и чистые.металлы, лишь одну критическую точку В, в которой происходит его. полное затвердевание.
Рис. 2. Диаграмма состояния совокупности сплавов Pb—Sb
Выше линии ABC все сплавы будут в жидком состоянии. Линия ABC именуется линией ликвидуса1. Ниже линии DBE все сплавы будут в жёстком состоянии.
Линия DBE именуется линией сблидуса.
Проследим процесс кристаллизации сплавов данной совокупности и получающуюся в следствии структуру.
В точке В при содержании 13% Sb, 87% Pb и при температуре 246э кристаллизация сурьмы и свинца происходит в один момент; образуется узкая механическая смесь сурьмы и кристаллов свинца (двух фаз). Эта смесь именуется эвтектикой3, а сплав соответствующего состава — эвтектическим.
Эвтектический сплав имеет самую низкую температуру плавления из всех сплавов данной совокупности. Схема микроструктуры эвтектического сплава свинец — сурьма приведена на рис. 56.
Тут мы видим черточки кристаллов сурьмы на фоне участков кристаллов свинца.
Сплавы, которые содержат меньше 13% Sb, именуются доэвтектическими, а которые содержат больше 13% Sb — заэвтектическими.
Доэвтектический сплав, содержащий 5% Sb, выше первой критической точки ах (рис. 3) будет в жидком состоянии.
При охлаждении в точке ах из жидкого раствора выпадают центры кристаллизации (центрами кристаллизации именуют небольшие частицы, зарождающиеся в жидком растворе либо жёстком металле) чистого свинца, поскольку свинец в этом сплаве находится в количестве избыточном если сравнивать с эвтектическим составом. При предстоящем охлаждении между точками ах и Ьх длится рост имеющихся кристаллов свинца и выпадение новых, исходя из этого количество свинца в жидком (маточном) растворе неспешно значительно уменьшается, и около точки маточный раствор имеет эвтектический состав.
Во второй критической точке Ьх при температуре 246° происходит кристаллизация всего оставшегося маточного раствора эвтектического состава. Ниже точки сплав будет в жёстком состоянии и воображает смесь кристаллов эвтектики и избыточного свинца (рис.
5).
Рис. 3. Схема микроструктуры заэвтектического сплава Pb—Sb
Рис. 4. Схема микроструктуры эвтектического сплава Pb—Sb
Рис. 5. Схема микроструктуры доэвтекти-ческого сплава Pb—Sb
Подобна идет процесс кристаллизации зазвтектических сплавов. Сплав, содержащий 40% Sb, выше первой критической точки а2 будет в жидком состоянии. При охлаждении в точке а2 из жидкого раствора выпадают центры кристаллизации чистой сурьмы.
При предстоящем охлаждении между точками а2 и Ь2 длится рост имеющихся кристаллов сурьмы и выпадение новых, исходя из этого количество сурьмы в маточном растворе неспешно значительно уменьшается, и около точки Ь2 маточный раствор имеет эвтектический состав. Во второй критической точке Ь2 при температуре 246° происходит кристаллизация всего оставшегося маточного раствора эвтектического состава.
Ниже точки Ь2 сплав будет в жёстком состоянии и содержит эвтектики кристаллов и смесь сурьмы (рис. 6).
Обобщая изложенное применительно ко всей совокупности сплавов свинец — сурьма, отметим следующее:
а) по линии А В диаграммы начинается выпадение кристаллов свинца;
б) в области диаграммы ABD находятся жидкий раствор и кристаллы свинца, концентрация которого около линии BD приближается к эвтектической;
в) по линии BD затвердевает целый оставшийся маточный раствор эвтектического состава;
г) ниже линии BD находятся жёсткие доэвтектические сплавы, складывающиеся из эвтектики и кристаллов свинца;
д) по линии ВС начин-ается выпадение кристаллов сурьмы;
е) в области диаграммы СВЕ находятся жидкий раствор и кристаллы сурьмы, концентрация которого около линии BE приближается к эвтектической;
ж) по линии BE затвердевает целый оставшийся маточный раствор эвтектического состава;
з) ниже линии BE находятся жёсткие заэвтектические сплавы, складывающиеся из эвтектики и кристаллов сурьмы.
При нагревании сплавов сначала по линии солидуса (DE) расплавляется эвтектика, в которой при предстоящем нагревании неспешно растворяются кристаллы свинца (у доэвтектических сплавов) либо сурьмы (у заэвтектических сплавов); растворение заканчивается по линии ликвидуса (ABC), выше которой находятся жидкие растворы совокупности сплавов.
В случае если доэвтектический сплав свинец — сурьма охлаждать медлительно, то образующиеся кристаллы свинца, будучи тяжелее маточного раствора, начнут опускаться вниз и скапливаться на дне тигля. В затвердевшем так слитке эвтектика будет сосредоточена в верхней части, а свинец — в нижней.
При затвердевании заэвтектических сплавов выпадающие кристаллы сурьмы окажутся легче маточного раствора и будут всплывать вверх, исходя из этого в слитке эвтектика окажется внизу, а чистая сурьма — наверху. Это явление носит название ликвации по удельному весу.
В следствии ликвации по удельному весу получаются слитки, неоднородные по составу, свойствам и структуре в разных частях и исходя из этого негодные для изделий. Для предотвращения ликвации охлаждение сплавов направляться вести стремительнее, дабы кристаллы не успевали всплывать либо погружаться.
