Н.С. Курнаков показал определенную зависимость между составом и структурой сплава, определяемой типом диаграммы состояния и свойствами сплава (твердостью, электропроводностью и.т.д.).

Свойства сплава зависят от того, какие соединения или какие фазы образовали компоненты сплава (рис. 1).

Рисунок 1. Свойства сплавов и их диаграммы состояния

При образовании непрерывного ряда твердых растворов свойства (твердость, электропроводность и др.) изменяются по криволинейной зависимости (рис. 1, б).

Твердость компонентов А и В ниже, чем твердость сплавов.

При образовании смесей (рис. 1, а) свойства сплава изменяются по линейному закону (аддитивно).

Значение свойств сплавов находятся в интервале между свойствами чистых компонентов.

При увеличении Vохл происходит измельчение структуры, в связи с этим свойства против эвтектики оказываются более высокими (пунктирная линия).

ESK - линия эвтектического превращения.

ТА - температура плавления компонента А.

ТАSТВ - линия ликвидус.

В сплавах с ограниченной растворимостью (рис. 1, в; диаграммы с эвтектическим или перитектическим превращениями) свойства при концентрациях, отвечающих однофазовому твердому раствору изменяются по криволинейной зависимости, а в двухфазовой области - по прямой. Крайние точки на прямой являются свойствами предельно насыщенных твердых растворов.

Линия EN - линия ограниченной растворимости В в А.

При образовании химического соединения (рис. 1, г) на кривой концентрация - свойства, будет иметься максимум (или минимум) - а на прямой перелом.

Зная характер взаимодействия между двумя металлами и тип диаграммы состав - свойства, можно легче и быстрее определить состав сплава, обеспечивающий наилучшие свойства.

2. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения

Полиморфизм - это свойство металлов в зависимости от температуры и давления существовать в состояниях с различными кристаллическими решетками.

Рисунок 2. Диаграмма состояния с полиморфным превращением у одного из компонентов: ТпА - температура полиморфного превращения компонента А (Fe, Sn, Co, Mk, Ti, Zr и др.), ТАаТВ - линия ликвидус, ТАбТВ - линия солидус, ТпА-С2 - линия начала полиморфного превращения, ТпА-С1 - линия окончания полиморфного превращения.

После затвердевания все сплавы состоят из г-твердого раствора (твердый раствор В в Аг). С понижением температуры ниже ТпА-С2: Аг превращается в Аб (модификации). В области С1-С2 в равновесии находится две фазы б+г, где б - твердый раствор В в Аб.

Сплав 1

Процесс кристаллизации кратко.

Сплав 2

Полная кристаллизация ниже t2.

В точке t3 начинается полиморфное превращение г-б, а в точке t4 заканчивается.

Состав б-твердого раствора изменяется по линии ТпА-С1.

После охлаждения структура - б.

Сплав 3

Начало кристаллизации аналогично сплаву I и II. В точке t3 начало полиморфного превращения г-б, которое до конца не происходит.

Находим количество фаз при комнатной температуре:

Рисунок 3. Диаграмма состояния с полиморфным превращением у двух компонентов: ТАаТВ - линия ликвидус, ТАбТВ - линия солидус, ТпАсТпВ - линия начала полиморфного превращения г-б, ТпАdТпВ - линия оканчания полиморфного превращения г-б

Все превращения образуют неограниченные твердые растворы (сначала г, а затем при полиморфном превращении г-б).

Рисунок 4. Диаграмма состояния с полиморфным превращением у одного из компонентов и с эвтектическим превращением: ТАСТВ - линия ликвидус, ТАECPТВ - линия солидус, ECP - линия эвтектического равновесия: , ТпА - температура полиморфного превращения компонента А: А1б-А2д

Рисунок 5. Диаграмма состояния с полиморфным превращением двух компонентов и с эвтектическим превращением: ТАСТВ - линия ликвидус, ТАECFТВ - линия солидус, ТпА - температура полиморфного превращения компонента А: А1б-А2д

Если до и после превращения количества жидкости практически равны-то это полиморфное превращение.

ЕСF - эвтектическое равновесие:

ТпВ - линия полиморфного превращения: В1в-В2г.

Рисунок 6. Диаграмма состояния с полиморфным превращением у одного из компонентов и с перитектическим превращением: ТАFТВ - линия ликвидус, ТАPSТВ - линия солидус, PSF - линия перитектического равновесия: , ТпА - температура полиморфного превращения: А1 - А2, линия TпАPSF - начало полиморфного превращения, линия окончания полиморфного превращения ТпА-S: б1-б2.

Сплав 1 - рассмотреть кратко.

Сплав 2

Ниже t1 происходит выделение кристаллов б1.

При t2 перитектическое превращение: (полиморфное превращение).

Сплав 3

При t2 - перитектическое превращение: .

Ниже t3 структура б2 заканчивается полиморфное превращение.

Сплав 4 - аналогично.

Рисунок 7. Диаграмма состояния с полиморфным превращением двух компонентов и с эвтектоидным превращением: ТпА и ТпВ - начало полиморфных превращений А и В, ECF - линия эвтектоидного равновесия, эвтектоидное превращение заключается в том, что из одной твердой фазы образуется две твердые фазы: , ТпАE - конец полиморфного превращения компонента А, ТпВF - конец полиморфного превращения компонента В, EN - линия ограниченной растворимости компонента В в А.

Сплавы:

Е'С - доэвтектоидные: б+эвт-д (б+в).

С - эвтектоидный: э (б+в).

CF' - заэвтектоидные: в+э (б+в).

Фазы: б+в.

Разновидность эвтектоидного превращения:

Рисунок 9. Диаграмма состояния с полиморфным превращением у 2-х компонентов и с перитектоидным превращением

Линия ликвидус и солидус (указать).

ТпАРТпВ - начало полиморфного превращения г-б; г-в.

ТпА - начало полиморфного превращения компонента А.

ТпВ - начало полиморфного превращения компонента В.

FTпВ - конец полиморфного превращения компонента В: г-в.

ТпАD - конец полиморфного превращения: г-б (А).

PDF - линия перитектоидного равновесия: гР + вF - бD.

Сплав 1

Интервал 1-2 - полная кристаллизация: Ж-г.

Ниже t3 из г твердого раствора выделяется кристаллы в-фазы.

Ниже t4 за счет взаимодействия двух старых твердых фаз (перитектоидне превращение) образуется новая кристаллическая фаза: гР+вF-бD.

Сплав 2

При t4: гР + вF - бD + вF(изб) ост.

Рисунок 10. Микроструктура сплава

Сплав 3

При t4: гР + вF - бD + гР (изб) ост.

При понижении температуры гост без превращений переходит в б-фазу.

Разновидность перитектоидного превращения: б + в - AnBm.

Рисунок 11.

Литература

1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 1972, 1980

2. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986

3. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. М., 1983

4. Антикайн П.А. Металловедение. М., 1972