Министерство образованияи науки Украины
Донбасскийгосударственный технический университет
Кафедра ОМД
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Металловедение»
на тему:
«Диаграмма состоянияс перитектической кристаллизацией и образованием стойких и нестойких химическихсоединений»
Алчевск 2009
1. Диаграммасостояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы и перитектику
/>
Рисунок 1.Диаграмма с перитектическим превращением
Линиидиаграммы:
Линия TAPTB – линия ликвидус.
Линия TAКТTB – линия солидус.
Линия KW – характеризуетпредельную растворимость компонента В в А (т. К).
Линия TN – характеризуетпредельную растворимость компонента А в В.
Линия PKT – линия перитектическогопревращения. При перитектической температуре существует три фазы постоянногосостава: жидкая ЖР, твердый раствор αКи твердый растворβт, что возможнотолько при постоянной температуре (выполняется условие: С = 2 – 3 + 1 = 0).
Перитектическоепревращениезаключается во взаимодействии ранее выделившейся твердой фазы сжидкой фазой сплава определенного состава, в результате чего образуется новаятвердая фаза.
Рассмотрим процесскристаллизации некоторых сплавов.
Сплав 1
При t1 в жидком сплаве имеетсяравновесный набор фазовых и концентрационных флуктуаций.
При t2 – количество и размерфазовых и концентрационных флуктуаций возрастает в отношении компонента В (β-фазы).
При t3 жидкость пересыщаетсякомпонентом В, в результате чего начинается процесс рекристаллизации.
Количественноесоотношение фаз при t3:
/>,
/>.
Состав жидкойфазы определяется точкой – а, и изменяется по линии ликвидус aP; состав βтвердого раствора определяется точкой – б и изменяется по линии бT.
При t4:
/>,
/>.
Притемпературе несколько ниже t4 (на 10–30°С) происходит перитектическая реакция:
/>
В результатетакого превращения все кристаллы β состава точки Тпрореагировали с жидкой фазой состава точки Р в результате чего, образовалосьструктура – 100% α-твердого раствора состава точки К. Строим кривуюохлаждения (см. рис. 1).
Сплав 2
Сплав,имеющий концентрацию между точками КТ.
При t1 – аналогично сплаву I.
При t2 – количество и размерфлуктуаций увеличивается.
При t3 – начинается процесскристаллизации:
/>,
/>.
При t4 (канода РТ):
/>,
/>.
Перитектическоепревращение:
/>
Количественноесоотношение фаз после превращения (несколько ниже t4, канода – КТ):
/>,
/>.
Таким образом,для данного сплава будет иметься переизбыток β-фазы (надо 35%, есть 85%),поэтому после реакции в избытке остаются β-кристаллы. Криваяохлаждения и структуры сплавов приведены на рисунке 1.
Сплав 3
Сплав имеющийконцентрацию между точка Р и К.
При t1, t2, – аналогичносплаву I,II.
При t4 в равновесии находятся Ж(жидкая фаза) состава точки Р, и кристаллы β состава точки Т:
/>,
/>.
Ниже t3 протекаетперитектическое превращение
/>
Количественноесоотношение фаз после превращения (канода РК):
/>,
/>.
Послепревращения в сплавах имеется в избытке жидкая фаза. Т.о., процесскристаллизации сплавов при температуре tnне заканчивается и придальнейшем понижении температуры из жидкого сплава кристаллизуетсяα-твердый раствор. Кривая охлаждения сплава на рисунке 1.
2. Диаграммасостояния с образованием стойких химических соединений (постоянная температураплавления) определенного состава
Химическоесоединение, как было указано выше характеризуется определенным соотношениемкомпонентов, а это отражается на диаграмме вертикальной линией, проходящей наоси абсцисс через точку, отвечающую соотношению компонентов в химическомсоединении. Формула химического соединения AnBm (n атомов компонента Аи m атомов компонента В).
Химическоесоединение устойчиво, если его можно нагреть без разложения до полногорасплавления. Возможно образование нескольких химических соединений между двумякомпонентами.
Предположим,что оба компонента образуют одно устойчивое химическое соединение AnBm, причем и этосоединение, и чистые компоненты не образуют в твердом состоянии растворов.
Компонентысистемы А и В. Твердые фазы: А, В, AnBm.
Точка D – температура плавлениястойкого химическое соединения (плавится при постоянной температуре. Химическоесоединение можно рассматривать, как один компонент: С = 1 + 1 – 2 = 0.
Линия TACDSTB – линия ликвидус.
TAC – линия насыщенияжидкого сплава компонентом А.
CDS – линия насыщенияжидкого сплава стойким химическим соединением AnBm.
Линия DQF – стойкое химическоесоединение.
/>
Рисунок2. Диаграмма состояния с образованием стойкого химического соединения
Линия MCF – линия эвтектического превращения (I): I: />
МС –доэвтектические сплавы, структура: />.
CF – заэвтектическиесплавы, структура: AnBm + э (А+ AnBm).
Линия DS – линия насыщенияжидкого сплава стойким химическим соединением AnBm.
Линия STB – линия насыщенияжидкого сплава компонентом В.
Линия QSN – линия эвтектическогопревращения (II):
II: />
QS – доэвтектическиесплавы, структура:
AnBm + э(AnBm+В).
SN – заэвтектическиесплавы, структура:
В+ э(AnBm+В).
Таким образом,диаграмма с химическим соединением представляет собой, как бы приставленныеодна к другой две простые диаграммы. Можно рассматривать каждую часть диаграммыотдельно.
3. Диаграммасостояния с образованием стойкого химического соединения с переменным составом
Компоненты втвердом состоянии образую ограниченные твердые растворы, а также растворы набазе химического соединения: α и β на базе А и В,γ на базе АnBn.
/>
Рисунок 3.Диаграмма состояния с образованием стойкого химического соединения с переменнымсоставом
Линияликвидус – TAEDSTB.
Линия солидус– TACEFDKSQTB.
Линиипревращений:
I: CEF – линия эвтектическогопревращения:
/>
Структурасплавов:
Доэвтектические– α+э (α+AnBm); эвтектический – э(AnBm+α); заэвтектические– AnBm+э (α+AnBm).
Фазовыйсостав: α+AnBm.
II: KSQ – линия эвтектическогопревращения: />
Структурасплавов:
Доэвтектические– AnBm + э(AnBm+β), эвтектический –э(AnBm+β), заэвтектические– β + э(AnBm+β).
Фазовыйсостав: β+AnBm.
Линия QL – изменение составаβ-фазы.
Область WFDKM – химическое соединениес переменным составом, с постоянной температурой плавления (tпл) в точке D.
4. Диаграммасостояния с образованием нестойкого химического соединения
/>
Рисунок 4.Диаграмма состояния с образованием нестойкого химического соединения
Неустойчивоехимическое (линия SFF') соединение AnBmпри нагреве до определеннойтемпературы т. S (t4) разлагается на жидкость и одну из твердых фаз, т.е. не расплавляетсяполностью.
TA – температура плавлениякомпонента А.
TB – температура плавлениякомпонента В.
TACКTB – линия ликвидус.
TAЕCFSQTB – линия солидус.
ECF – линия эвтектическогоравновесия (превращения):
/>
Сплавы: Е'С'– доэвтектические; C'F'– заэвтектические.
Сплавприходящий через т. С' – эвтектический.
Фазовые составляющие:δ + AnBm.
Структурныесоставляющие:
–доэвтектические сплавы δ+э (δ+AnBm),
– эвтектическийсплав э (δ+AnBm),
–заэвтектический сплавы AnBm+э (δ+AnBm).
Линия КSQ – линия перитектическогоравновесия (правильно равновесия, т. к. превращения происходит при болеенизкой температуре).
Превращение(образование нестойкого химического соединения):
/>
Образованиенестойкого химического соединения связывается с перитектическим превращением.
Рассмотримкристаллизацию сплавов.
Сплав 1
Проходитчерез точку Sи образует 100% нестойкого химического соединения.
Приохлаждении от t1 до t2 – количество и размер фазовых и концентрационных флуктуацийувеличивается.
При t2 – жидкость насыщаетсякомпонентом В.
При t3 – начинается процесскристаллизации с выделением – первичных кристаллов β-фазы:
точка аопределяет состав жидкой фазы;
точка бопределяет состав кристаллов β-фазы;
/>,
/>.
При t4 (точка S) состав жидкой фазыопределяется точкой К, а β-фазы – точкой Q:
/>,
/>,
т.е. /> – только при таком составежидкой и твердой фаз образуется 100% нестойкого химического соединения AnBm.
Сплав 2
В интервалеот t1 до t2 увеличивается количествои размер фазовых и концентрационных флуктуаций.
В t2 – жидкость пересыщаетсякомпонентом В.
В t3 – начинается процесскристаллизации.
Точка е– определяет состав β-фазы.
Точка f – определяет составжидкой фазы.
С понижениемтемпературы, состав твердой фазы меняется по линии солидус: eQ, состав жидкой фазыизменяется по линии ликвидус fK.
Приперитектическом превращении β фаза имеет состав точки Q, жидкая фаза – составточки К.
При t4:
/>,
/>,
/>.
Послепревращения:
/>,
/>.
Сплав3
Участки t1 – t2, t3 – аналогично сплавам I и II.
Приперитектической температуре состав β-фазы определяется точкой Q, жидкой – точкой К.
При t4:
/>,
/>.
Реакция: />.
Послепревращения (ниже t4), за каноду принимаем – KS (100%), в этом случае количество жидкой фазы:
/>.
Количество AnBm:
/>.
Охлаждениесплава идет до температуры t5 с выделением из Ж кристаллов AnBm; при t5 количество фазопределится:
/>.
Ниже t5, жидка фаза составаточки С, превращается в эвтектику – э (δ+AnBm): />, т.е. эвтектика составит –20% (/>).
Количествоструктурных составляющих:
/>,
/>.
Придальнейшем охлаждении структура сохраняется неизменной: AnBm – 80%, э (δ + AnBm) – 20%. Строим кривуюохлаждения.