Определение диаграммы состояния

Сплавы называют однородными (гомогенными), если структура их однофазная, и разнородными (гетерогенны­ми), если структура их состоит из нескольких фаз. Для сплавов, образованных одними и теми же компонентами, фазовое состояние описывается диаграммой состояния.

Диаграмма состояния - графическое изображение со­стояния любого сплава изучаемой системы в зависимости от его концентрации и температуры. Диаграмма состояния показывает равновесные, устойчивые состояния, то есть та­кие, которые обладают минимальной свободной энергией. Изучение любого сплава прежде всего начинается, с постро­ения и анализа диаграммы состояния, так как именно она дает возможность изучать фазы и структурные составляю­щие сплава.

Пользуясь диаграммой состояния, можно установить воз­можность проведения термической обработки и ее режимы, температуры литья, горячей пластической деформации и т. д.

Правило фаз

Правило фаз устанавливает температурные условия про­цесса кристаллизации при заданном давлении, а также опре­деляет, сколько фаз должно быть в чистом компоненте или в сплаве определенного состава, если они находятся в равно­весном состоянии при данной температуре (или давлении). Число факторов, которые можно менять, не изменяя фазово­го состава сплава, называется степенью свободы.

Правило фаз выражает зависимость между числом степе­ней свободы С (вариантностью) системы, числом компонен­тов К и числом фаз Ф системы, находящихся в равновесии (рис. 3)

Обычно все превращения в металлах и сплавах происхо­дят при постоянном давлении (атмосферном). Тогда правило фаз записывается так:

С = К - Ф + 1.

Уравнение правила фаз позволяет корректировать пра­вильность построения диаграмм состояния.

Построение диаграмм состояния осуществляют экспери­ментальными методами. Наиболее часто пользуются методом термического анализа. Сущность этого метода заключает­ся в следующем. Отбирают несколько сплавов данной систе­мы с различным отношением масс входящих в них компонен­тов. Сплавы помещают в огнеупорные тигли и нагревают в печи. После расплавления сплавов тигли с ними медленно охлаждают и фиксируют скорость охлаждения. По получен­ным данным строят термические кривые в координатах «вре­мя - температура» (рис. 3).

Рис. 3 Методы построения диаграмм состояния

В результате измерений получают серию кривых охлаж­дения, на которых при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегиба и температурные остановки.

Температуры, соответствующие фазовым превращениям, называются критическими точками.

Точки, отвечающие началу кристаллизации, называют точ­ками ликвидуса, а конца кристаллизации - точками солидуса. По полученным кривым охлаждения (критическим точ­кам) для различных сплавов изучаемой системы строят диаг­рамму состояния в координатах; ось абсцисс - концентрация компонентов, ось ординат - температура.

Вид диаграммы состояния определяется характером взаи­модействий, которые возникают между компонентами в жид­ком и твердом состояниях. Во всех случаях предполагают, что в жидком состоянии существует неограниченная раство­римость, то есть однородная фаза существует при любом со­отношении компонентов.

Диаграммы с ограниченной растворимостью или с пол­ным отсутствием растворимости в жидком состоянии практи­ческого значения не имеют, так как сплавы этих систем мало применяются в технике.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3