Правило отрезков
Яркий взвешивание и химический анализ жидкой и жёсткой фаз на любой стадии кристаллизации сплавов имели возможность бы дать правильный ответ об их составе и относительных весовых количествах. Но эти методы громоздки и долги.
Помимо этого, фактически они далеко не всегда осуществимы.
Возможно легко избегнуть непосредственного взвешивания и химического анализа, в случае если применить к уже имеющейся диаграмме состояний «правило отрезков», кроме этого именуемое «правилом рычага».
Правило отрезков позволяет без проблем выяснить:
1) состав (концентрацию) жёсткой и жидкой фаз при любой температуре кристаллизации и
2) относительные весовые количества жёсткой и жидкой фаз при любой температуре кристаллизации.
Процесс кристаллизации из жидкого раствора возможно прослежен посредством правила отрезков на любой диаграмме состояний. Правило отрезков применимо и для некоторых областей таких Диаграмм, где кристаллизация протекает не только из жидкого, Вместе с тем из жёсткого раствора (диаграмма IV типа).
Рис. 1. Использование правила отрезков к диаграммам III типа (а) и I типа (б)
Возможность определения весовых количеств жёсткой и жидкой фаз есть второй изюминкой правила рычага. Выясняется, что горизонталь fg, проведенная через фигуративную точку Ь, возможно принята за чёрта полного весового количества изучаемого сплава.
Тогда отрезки данной горизонтали bf и bg будут соответственно характеризовать весовые количества жёсткой и жидкой фаз, выраженные в долях либо процентах от полного веса сплава.
Иначе говоря сплав, достигший температуры а, готов к кристаллизации, но еще не начал кристаллизоваться и полностью будет в жидком состоянии.
Из изложенного видно, что состав кристаллов жёсткого раствора при затвердевании изменяется по линии солидус от точки е до точки d, а состав жидкой фазы — по линии ликвидус от точки а до точки k. Состав жёсткого раствора в конце кристаллизации оказывается равным составу исходного жидкого раствора благодаря выравнивания концентрации при весьма медленном охлаждении за счет явления диффузии как между твёрдым раствором и жидкостью, так и между кристаллами жёсткого раствора.
Подобно изложенному правило отрезков прилагается и к диаграмме I типа. Горизонталь проводится через фигуративную точку до пересечения с линией ликвидус и начальной координатой.
Точки пересечения с ликвидусом (точки а, f h, Е), снесенные на ось абсцисс, будут характеризовать концентрацию жидкой фазы, неспешно изменяющуюся в ходе кристаллизации по линии ликвидус от исходного (точка а) до эвтектического состава (точка Е). Точки пересечения с началь-ной ординатой (точки е, g, i, k), снесенные на ось абсцисс, говорят о том, что в течение всего процесса кристаллизации из спла-83 ‘”“Делаются кристаллы чистого компонента В.
Указанное отношение, замечаемое на финальном этапе кристаллизации сплавов—смесей, есть отношением весов избыточного эвтектики и компонента в всецело затвердевшем сплаве. Исходя из этого правило отрезков разрешает предвидеть для сплавов заданного состава соотношение площадей, занимаемых в микроструктуре сплава эвтектикой и избыточным компонентом (при равенстве плотностей компонентов).
Напротив, замечая микроструктуру сплава—смеси и замерив по ней площади, занимаемые обеими структурными составляющими (эвтектикой и избыточным компонентом), возможно выяснить состав сплава. При близости удельных весов компонентов данный прием легко и скоро дает достаточно правильный ответ.
При большой разности удельных весов нужно при переходе от замеренных площадей к весовым количествам вносить соответствующую поправку.
Так, для сплава заданного состава правило рычага разрешает выяснить соотношение весовых количеств и состав фаз в ходе кристаллизации и угадать темперамент структуры по окончании полного затвердевания.
Помимо этого, для диаграмм состояний с эвтектической горизонталью при его помощи возможно, не делая химического анализа, выяснить по структуре состав сплава.
Разглядим приложение этого правила для объяснения ответственного явления дендритной неоднородности (ликвации), замечаемого при кристаллизации сплавов — жёстких растворов. Для этого разберём кристаллизацию при двух скоростях охлаждения.
Рис. 2. Схема происхождения дендритной ликвации: а — изменение концентрации жёсткого раствора при понижении температуры; б — распределение концентрации по кристаллу жёсткого раствора
Итог этих двух процессов охлаждения получается разный.
По теории Д. К. Чернова кристаллы зарождаются в жидком сплаве и растут в виде дендритов. Правило рычага говорит о том, что оси дендритов будут иметь один состав, а периферия—второй: оси дендритов при диаграммы III типа оказываются богаче более тугоплавким компонентом.
При медленном охлаждении за счет полного протекания всех процессов диффузии случится выравнивание концентраций. Но в условиях практики, в то время, когда охлаждение протекает более скоро, состав жёсткого раствора по сечению одного и того же кристалла получается разным: Центральные части кристалла (оси) будут богаты более тугоплавким компонентом В (концентрация Г), а периферийные — более легкоплавким А. Средний состав каждого кристаллита будет однообразен с составом исходного сплава.
Эта неоднородность возможно легко распознана при помощи Равления макро- и микрошлифов сплава. Она оказывает не-агоприятное действие на особенности сплава: сплав не хорошо Дается тёплой обработке давлением — прокатке, прессования и ковке и т. д. — и растрескивается.
Потому, что дендритная ликвация вредна, необходимо знать, как с ней бороться. Обстоятельство происхождения дендритной ликвации — стремительное охлаждение, не разрешающее достаточно полно осуществиться процессам диффузии.
Следовательно, в качестве способа борьбы целесообразно выбрать большой нагрев, что обеспечил бы выравнивание состава за счет диффузии.
Температура для того чтобы нагрева должна быть достаточно близка к линии солидус, но никоим образом не выше ее, дабы не про изошло кроме того частичного расплавления нагреваемого сплава.
Выдерживать подробность при данной температуре необходимо в течение нескольких часов, а время от времени и десятков часов. В следствии для того чтобы большого и долгого нагрева получается однородный либо гомогенный жёсткий раствор.
Данный процесс именуется гомогенизирующим отжигом.
