Діаграми стану сплавів
Діаграма стану сплавів, що утворюють тверді необмежені розчини.
Діаграма стану сплавів, що утворюють тверді обмежені розчини.
Діаграма стану сплавів, що утворюють необмежені тверді розчини та перитектику.
Суміш кристалів у сплаві називається евтектикою або евтектичною сумішшю, якщо вона закристалізувалася з рідини при температурі нижчій, ніж температури плавлення окремих компонентів, що утворюють цей сплав (грецькою eutektos означає легко плавиться, легкоплавкий).
Процес утворення нової фази за рахунок розчинення (розплавлення) старої фази в рідині називається перітектичним. Температура, при якій відбувається цей процес, називається перитектичною.
У момент утворення твердого розчину за цих умов повинні існувати три фази: дві, що взаємодіють між собою, і третя -твердий розчин, що виходить в результаті цієї взаємодії. Отже, відповідно до правила фаз утворення твердого розчину по перитектичній реакції йде при постійній температурі і на діаграмі стану йому повинна відповідати лінія, паралельна осі складу, а на кривих охолодження - зупинка (майданчик).
Лінія ліквідусу- вище температур, що утворюють цю лінію, всі сплави цієї пари компонентів знаходяться повністю в рідкому стані.
Лінія солідуса- при температурах нижче цієї лінії усі сплави, що складаються з цієї пари компонентів, знаходяться повністю у твердому стані. Між цими лініями частина сплаву знаходиться у твердому, а частина – у рідкому стані.
Для визначення відносної кількості (маси) співіснуючих фаз і структурних складових одного сплаву користуються правилом відрізків коноди.
Конода- цевідрізок горизонтальної лінії або ізотерму, проведена усередині двофазної області діаграми стану до перетину з лініями меж двофазної області.
Правило відрізків коноди.Для визначення кількості рідкої та твердої фаз сплаву за діаграмою стану:
1. Відновити перпендикуляр до точки, що характеризує склад даного металу (тобто провести лінію металу).
2. При заданій температурі провести коноду - горизонтальну лінію (ізотерму) до перетину з лініями, що обмежують цю область.
3. Співвідношення між рідкою та твердою частинами сплаву буде обернено пропорційно відрізкам, на які лінія сплаву ділить коноду.
4. Для визначення кількості твердої частини сплаву треба взяти відношення довжини відрізка, що прилягає до рідкої частини сплаву, до довжини всієї коноди.
5. Для визначення кількості рідкої частини сплаву треба взяти відношення довжини відрізка, що прилягає до твердої частини сплаву, до довжини всієї коноди. Оскільки вираз для кількісного визначення температура не входить, то правило відрізків правильне для будь-яких температур і, отже, будь-яких двофазних областей різних діаграм станів.
Діаграма стану залізо-цементит: фази, структурні складові
Залізовуглецеві сплави- складні системи, що складаються з 5-6 і більше компонентів. Один з них потрапляє в сплави в процесі металургійного переділу (кремній, сірка, фосфор, кисень, водень та ін.) -домішки,інші спеціально вводяться в сплави для зміни їх властивостей у потрібному напрямку (хром, нікель, молібден, вольфрам та ін.) -легуючі елементи.
Основними елементами, що визначають структуру та властивості, є залізо та вуглець. Тому ці складні сплави розглядаються як подвійні – залізо-вуглець, авплив домішок та легуючих елементів розглядається самостійно у відповідних розділах. На практиці застосовуються сплави, що містять про С і вище 1392 С . В інтервалі1392-1539 СпроFe - α часто позначають як Fe - γ.
Кристалічні грати Fe - αоб'ємноцентрований куб з періодом решітки 2,8606 А.
До 768проС (точка Кюрі)вона феромагнітна, за більш високих температур - паромагнітна.
Кристалічні грати Fe-γ- гранецентрований куб з періодом решітки 3,645 А. Щільність більш висока - 8,0 - 8,1 г/см З . Це означає, що з поліморфному перетворенні альфа --> гама відбувається стиск, об'ємний ефект – 1%.
Поліморфне перетворення пов'язане з різницею у зміні величини вільної енергії решітки ОЦК та ГЦК з температурою.
Температури перетворення у твердому стані називаються критичними точками та позначається буквою А з відповідними індексами.АсіАгне збігаються внаслідок теплової гістерези (всі перетворення відбуваються при деякому нагріванні або переохолодженні).
Властивості технічного заліза при 200С: НВ 80; 220-250 МПа.
Вуглець.У природі зустрічається у двох алотропічних формах - алмаз і графіт, атомний номер 6, щільність 2,5 г/см З , атомна маса 12, атомний радіус 0,77 А, температура плавлення 3500 0 С .Вуглець поліморфний. При атмосферному тиску є стійка модифікація графіт. Грати графіту гексагональна, структура шарувата. Слабкі зв'язки між паралельними шарами атомів та дуже міцні (ковалентні) – між атомами всередині шару.
Вуглець розчинний у залізі в рідкому та твердому станах, а також може бути у вигляді хімічної сполуки карбіду заліза-цементиту, а у високовуглецевих сплавах у виглядіграфіту.
У системі залізо-вуглець розрізняють такі фази: рідкий сплав, тверді розчини впровадження - ферит та аустеніт, хімічні сполуки - цементит та графіт.
Ферит(Ф)- твердий розчин впровадження вуглецю (та інших домішок) у залозі, грати, ОЦК. Розрізняють альфа-ферит з максимальною розчинністю вуглецю 0,025% (при 727 0 С) та мінімальною розчинністю 0,006% (при 20 0 С), і високотемпературний - ферит з граничною розчинністю вуглецю 0,1% (при 1499 0 С).
Атоми вуглецю розташовуються у ґратах фериту в центрі грані куба, де є максимальна пора. Механічні властивості альфа-фериту близькі до властивостей армко-заліза. До 768 0 С феромагнітний.
Аустеніт (А)- твердий розчин впровадження вуглецю (та інших домішок) в гамма-залізі грат ГЦК. Гранична розчинність - 2,14 (при 1147 ° С). Атоми вуглецю в ґратах гамма - заліза розташовуються у центрі елементарної осередки, де може поміститися сфера радіусом 0,41 атомного радіусу заліза, тобто. близька до атомного радіусу вуглецю та дефектних областях кристала. Аустеніт має високу пластичність і порівняно низьку міцність.
Цементит (Ц)- карбід заліза, має складну орторомбічну решітку. Температура плавлення через його метастабільність за високих температур точно не встановлена (1250-1550 0 С). До 221 0 С (А) феромагнітний.
Цементит має дуже високу твердість (НВ 800) і практично нульову пластичність. Він може утворювати тверді розчини заміщення та застосування з іншими елементами. При заміщенні атомів заліза атомами інших металів утворюється цементит легований (Fe, W, Сг) . Графіт - про його будову властивості розказано вище.