Неограниченной растворимостью системы медь - никель
Сплав Сu–Ni относится к сплавам — твердым растворам II типа. Компоненты сплава имеют одинаковую кристаллическую решетку гранецентрированного куба и неограниченно растворимы как в жидком, так и в твердом состоянии. Взаимодействуя между собой они образуют единую кристаллическую решетку. Общий вид диаграммы состояния Сu – Ni приведен на рис. 3.6. Выпуклая линия АВ диаграммы является ликвидусом, выше которой все сплавы данной системы находятся в жидком состоянии. Вогнутая линия АВ (солидус), ниже которой сплавы с любой концентрацией представляют собой твердые растворы. Между ликвидусом и солидусом одновременно находятся две фазы: жидкий и твердый растворы.
Чтобы охарактеризовать фазовое состояние конкретного сплава при заданной температуре, необходимо определить природу фаз, находящихся в равновесии при данной температуре, их химический состав и относительное количество. Для этого используют правило отрезков, которое подробно рассмотрено выше.
| t, оC |
| 1452о |
| |
|
| ||||||||||
| ||||||||||||
| | ||||||||||||
| ||||||||||||
| |
| |||||||||||
| |
| 0 20 40 60 80 100%Ni |
| 100%Cu Ni |
Рис. 3.6. Диаграмма состояния сплава «медь—никель», образующего
твердый раствор с неограниченной растворимостью
Анализ диаграммы проводим на примере изменения фазового состояния, происходящего при снижении температуры в сплаве, содержащем 72 % Ni и 28 % Сu (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Диаграмма состояния системы «медь – никель»
Для определения фазового состава сплава в интервале кристаллизации применяют правило отрезков.
При охлаждении сплава из жидкого состояния ниже точки 1, лежащей на линии ликвидус, начинается кристаллизация, которая заканчивается при достижении температуры точки 2 на линии солидус. В двухфазной системе число степеней свободы С1-2 = 2–2+1=1. Скорость охлаждения снижается, т.к. затвердевание сплава сопровождается тепловым эффектом. Фазовые превращения выражаются уравнением 
α2 . После окончания кристаллизации структура сплава состоит из зерен твердого раствора α, имеющих одинаковый состав.
Однако в процессе кристаллизации концентрация компонентов постоянно изменяется: в жидком растворе – по линии ликвидус от точки 1 до точки 2', а в растущих кристаллах твердого раствора α – по линии солидус от точки 1' до точки 2 (показано стрелками на рис. 3.7).
Поэтому микроструктура литого сплава (рис. 3.8, а) имеет ярко выраженную внутризёренную химическую неоднородность, называемую дендритной ликвацией. Это снижает коррозионную стойкость сплава. Для выравнивания химического состава, а, следовательно, повышения свойств, литой сплав подвергают деформированию с последующим отжигом. В результате микроструктура становится однородной (рис. 3.8, б).
а) б)
Рис. 3.8. Микроструктуры сплава Сu – Ni, содержащего 30% Ni
(Î135, травлено): а) – сплав литой; б) – сплав деформированный и
отожжённый
Применение сплавов твердых растворов:
1. Коррозионно-стойкие (нержавеющие) сплавы, свойства которых обеспечиваются однофазной структурой, устойчивой к электрохимическому воздействию (используются в атомных реакторах, подводных лодках, химической промышленности и т.п.).
2. Сплавы для резисторов, реостатных проволок (Сu – Ni, Ni – Мn), нагревательных элементов (Ni – Сr, Fе – Сr). Их высокое электросопротивление обеспечивается благодаря наличию в кристаллической решетке металла-растворителя чужеродных атомов растворенного металла.
План составления отчета
1. Вычертить в масштабе диаграммы состояния Pb – Sb и Cu-Ni; используя правила фаз и отрезков, описать процессы кристаллизации и построить кривые охлаждения для сплавов заданной концентрации.
2. В промежуточной точке между линиями ликвидус и солидус определить количество сплава в жидком и твердом состоянии.
3. Зарисовать и описать схемы микроструктур.
4. Построить кривую охлаждения для сплава Pb – Sb заданной преподавателем концентрации.