Материаловедение. Шпаргалка - Елена Буслаева

Высоту треугольника принимают за 100 %, тогда перпендикуляры Ка, Кс и КЬ будуг характеризовать концентрации отдельных компонентов тройного сплава. Количество каждого компонента определяют значением перпендикуляра, опущенного на противолежащую сторону, т. е. количество компонента С определится перпендикуляром Кс, компонента А-Ка, компонента В-КЬ.

Чаще состав сплавов определяют не по значениям перпендикуляров, а по значениям отрезков, отсекаемых на сторонах треугольника линиями параллельными сторонам треугольника, т. е. по отрезкам Аа, Ве и СЈ Отрезок Аd соответствует концентрации компонента В, отрезок Ве-компонента С. а отрезок С^компонента А. Концентрацию определяют в направлении движения часовой стрелки, но можно определять и в противоположном направлении.

Взаимодействие компонентов в тройных сплавах аналогично двойным: возможно образование механических смесей, твердых растворов и химических соединений: возможны эвтектические и перитектические реакции, полиморфные превращения. Отличие состоит в том, что в двойных системах превращения обозначаются линиями и точками, а в тройных – плоскостями и линиями. Например, не линия ликвидуса, а поверхность ликвидуса (или поверхность солидуса), не линия эвтектики, а эвтектическая поверхность. Состав двойной эвтектики определяется не точкой, а линией. И только тройная эвтектика проектируется на плоскости треугольника точкой. Все это можно проследить, изучив две типовые диаграммы состояния сплавов трех компонентов.

В отличие от двойных тройные диаграммы позволяют проводить фазовый и структурный анализ реальных технических сплавов, которые, как правило, являются трех– и более компонентными.

Моделью тройной системы является трехгранная призма, опирающаяся на равносторонний треугольник. Верхняя часть призмы является поверхностью ликвидуса. В тройной системе, где все три компонента неограниченно растворимы как в жидком, так и в твердом состоянии, поверхность ликвидуса имеет наиболее простой вид – это поверхность чечевичного зерна, обрезанного с трех сторон. Во всех остальных случаях эта поверхность оказывается сложной, состоящей из нескольких пересекающихся между собой поверхностей, поэтому изучение тройных систем представляет определенные методические трудности.

Основанием трехгранной призмы является равносторонний треугольник, на котором отмечаются концентрации боковыми гранями диаграммы состояния двойных систем, а высотой – температура. Выбор равностороннего треугольника объясняется тем, что в нем концентрации всех компонентов можно показать в одном масштабе. В вершинах этого треугольника располагаются компоненты А, В и С сплава, т. е. 100 % А, 100 % В и 100 % С соответственно. Концентрации двойных сплавов отмечают на соответствующих сторонах треугольника, а концентрации тройных сплавов – в виде точек в пределах площади треугольника.

Определить концентрацию любого тройного сплава можно несколькими способами. Для определения процентного количества компонента А надо провести из точки К линию, параллельную противолежащей стороне (ВС) треугольника, до пересечения ее со стороной – шкалой компонента А. Для нахождения процентного количества компонента В надо провести из точки К линию, параллельную противолежащей стороне (АС), до пересечения ее со стороной АВ – шкалой компонента В. Подобным способом можно установить процентное количество компонента С. При этом следует иметь в виду, что суммарная концентрация А + В + С = 100 %.

Для пояснения фазовых превращений в тройных системах используют сечения – вертикальные (политермические) и горизонтальные (изотермические). Каждое горизонтальное сечение характеризует равновесное состояние при выбранной температуре и может использоваться для количественных расчетов. Точки, указывающие равновесные составы фаз, находятся на плоскости сечения. Вертикальное сечение показывает последовательность фазовых превращений в сплавах при нагреве или охлаждении для определенного интервала концентраций компонентов. На этих сечениях отсутствует информация о равновесных составах фаз.

24. Правило рычага и центра тяжести треугольника

Пользуясь диаграммой состояния, можно для любой температуры определить не только число фаз, но и их состав и количественное соотношение. Для этого следует применить правило отрезков (правило рычага).

Это правило может быть использовано для диаграмм, в которых сплавы находятся в двухфазном состоянии. Первое правило отрезков – определение состава фаз.

Фазовое строение сплавов на диаграмме зависит от температуры. При термодинамическом воздействии компонентов друг на друга снижается температура их перехода в жидкое состояние, достигая некоторого минимума при определенном для каждой пары компонентов составе. Состав сплава можно определить, спроецировав точку С на ось абсцисс (точка В 3). Сплав двух компонентов, который плавится при минимальной температуре, называется эвтектическим или эвтектикой. Эвтектика является равномерной смесью одновременно закристаллизовавшихся мелких зерен обоих компонентов. Температура, при которой одновременно плавятся оба компонента, называется эвтектической температурой

На диаграмме состояния температуры, выше которых сплавы находятся в жидком состоянии, лежат на линии АСВ, называемой линией ликвидуса. Переход сплавов из жидкого состояния в твердое при кристаллизации происходит в интервале температур, лежащих между линией ликвидуса и эвтектической температурой, которой соответствует линия солидуса DCE. При этом из каждого сплава по мере снижения температуры в твердую фазу переходит вначале тот компонент, количество которого превышает эвтектическую концентрацию. У доэвтектических сплавов двухфазная область АСD содержит избыточный компонент А и жидкую фазу Ж, а в заэвтектической области ВСЕ находятся соответственно твердая В и жидкая Ж фазы. В обоих случаях фаза Ж является жидким раствором обоих компонентов.

По мере снижения температуры и приближения ее к ^ состав незакристаллизовавшейся фазы приближается к эвтектическому При этом чем меньше сплав отличается по составу от эвтектического, тем ниже его точка ликвидуса, и тем больше в нем затвердевает эвтектики.

Количественные изменения в сплавах данной системы компонентов при кристаллизации подчиняются правилу отрезков. Количество каждой структурной составляющей, от которого зависят свойства, может быть вычислено по правилу отрезков применительно к эвтектической температуре. При оценке прочностных свойств следует иметь в виду, что та часть сплава, которая представлена эвтектикой, имеет более высокую прочность, чем часть, представленная более крупными зернами избыточной фазы.

Для определения состава фаз для сплава при различных температурах в точке п. Для этого через точку п, характеризующую состояние данного сплава при температуре tn, надо провести горизонтальную линию (коноду) 24б до пересечения с линиями диаграммы состояния, ограничивающими данную двухфазную область. Точки пересечения l2 и s2 проектируют на ось концентраций. Проекция точки l2 точка l2 покажет состав жидкой фазы, а точки s2 – точка s2 – твердой фазы. Чтобы определить состав фаз при любой температуре, нужно через эту точку провести коноду и спроектировать точки пересечения с ликвидусом и солидусом на ось концентраций. Состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса, а твердой – по линии солидуса.

При температурах ниже линии солидуса фазовый состав всех сплавов рассматриваемой системы состоит из зерен обоих компонентов: А+В. Различают присутствующие в любом сплаве мелкие зерна А и В, составляющие эвтектику, и крупные зерна избыточных фаз – компонентов А или В соответственно в доэвтектических и заэвтектических сплавах.

Пользуясь вторым положением правила отрезков, определяют количественное соотношение фаз для любой температуры. Количество (масса) фаз обратно пропорционально отрезкам проведенной коноды.

Правило отрезков (рычага) позволяет определить состав и количество твердой и жидкой фаз сплава, находящегося в интервале кристаллизации. По диаграмме состояния можно определить не только число фаз конкретного сплава при данной температуре, но и относительное количество каждой фазы. Для определения количества фаз, например, сплава Pb – Sb, содержащего 72 % Sb, при заданной температуре необходимо провести перпендикуляр из точки на оси концентрации, соответствующей содержанию 72 % Sb, и горизонтальную линию, соответствующую заданной температуре tзад. В результате пересечения линий получим точку К. Горизонтальную линию, проходящую через точку К, продолжим до пересечения с линиями диаграммы, получим точки l и S. Точка lсоответствует жидкой фазе сплава (лежит на линии ликвидуса), точка S-твердой фазе (лежит на оси температур чистой сурьмы).