Лекция 3. Теория диаграмм состояния

вещества, получаемые сплавлением или спеканием нескольких простых веществ (компонентов).
Твердый

раствор

Химическое соединение

Механическая смесь

Твердый раствор замещения

Твердый раствор внедрения

Имеют определенный химический состав (АmВn).
Специфическая кристаллическая решетка, отличающаяся от решеток обоих компонентов.
Свойства химического соединения резко отличаются от свойств образующих его компонентов.

образуется, если в твердом состоянии компоненты не растворимы и не образуют химических соединений.

собой графическое изображение структурного или фазового состава всех сплавов системы,

состоящей из двух компонентов А и В, в зависимости от температуры и химического состава сплава (соотношения содержаний компонентов А и В).

Диаграмма состояния сплавов, состоящих из двух компонентов А и В: Ж – жидкий раствор компонентов А и В; α – твердый раствор компонентов А и В

Пример диаграммы состояния «золото Au – серебро Ag»: L – жидкий раствор Au и Ag; α – твердый раствор Au и Ag

точек на диаграмме состояния, соответствующее температурам начала кристаллизации всех сплавов

компонентов А и В. Выше линии ликвидус чистые компоненты и сплавы находятся в жидком состоянии.
Линия солидус – это геометрическое место точек на диаграмме состояния, соответствующее температурам окончания кристаллизации всех сплавов компонентов А и В. Ниже линии солидус чистые компоненты и сплавы находятся в твердом состоянии.

компоненты которых полностью взаимно растворимы в жидком состоянии, нерастворимы в

твердом состоянии и не образуют химических соединений.

Для каких сплавов характерна

Линии диаграммы

acb – линия ликвидус; dce – линия солидус.

Примеры:

Pb – Sb, Sn – Zn.

доэвтектические
сплавы

заэвтектические
сплавы

Диаграмма состояния Pb-Sb (I тип)

компоненты которых полностью взаимно растворимы в жидком состоянии, неограниченно взаимно

растворимы в твердом состоянии и не образуют химических соединений.

Для каких сплавов характерна

Линии диаграммы

ab (по верху) – линия ликвидус; ab (по низу) – линия солидус.

Примеры:

Cu – Ni, Ag – Au.

Диаграмма состояния Bi-Sb (II тип)

компоненты которых полностью взаимно растворимы в жидком состоянии, ограниченно взаимно

растворимы в твердом состоянии и не образуют химических соединений.

Для каких сплавов характерна

Линии диаграммы

acb – линия ликвидус; adceb – линия солидус.

Примеры:

Pb – Sn, Cu – Ag.

Диаграмма состояния Cu-Ag (III тип)

компоненты которых образуют химические соединения.
Для каких сплавов характерна
Примеры:
Cu – Al,

Fe – Al.

Первое положение правила отрезков позволяет определить концентрацию компонентов в

твердой и жидкой фазах.
Второе положение правила отрезков позволяет определить количественное соотношение фаз для конкретного сплава при заданной температуре.

По первому положению:
СЖ и СТВ показывают хим. состав (концентрацию компонентов) в жидкой и твердой фазе соответственно.

По второму положению:
Количество жидкой фазы Qж во всем объеме металла для сплава I при температуре Т1 будет определяться отношением длин отрезков

Количество твердой фазы β Qтв будет определяться отношением длин отрезков

диаграмме состояния III типа
Правило фаз (правило Гиббса):
С = К

– Ф + n,
где С – число степеней свободы; К – число компонентов; n – число внешних факторов.
В случае p = const С = К – Ф + 1.

и углерода с содержанием углерода не более 2.14%.
Чугун – сплав

железа и углерода с содержанием углерода от 2.14% до 6.67%.

Широкое использование сплавов Fe с C объясняется тем, что:
в земной коре содержится сравнительно много железа;
технология производства сталей относительно несложная;
железо имеет достаточно высокую температуру плавления (1539 ºС);
железо имеет полиморфное (аллотропическое) превращение, что позволяет получать в его сплавах большое количество структур с различными свойствами.

кристаллической решетки в зависимости от температуры
Типы кристаллических решеток чистого железа

в зависимости от температуры

раствор внедрения углерода в Fe (железо с ОЦК-решеткой).
max %

C (727ºC) = 0,025 %
max % C (600ºC) ≈ 0,010 %
max % C (20ºC) = 0,006 %

Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в Feγ (железо с ГЦК-решеткой).

max % C (1147ºC) = 2,14 %
max % C (727ºC) = 0,8 %

2. Образование химического соединения (Fe3C – цементит).

% C = 6,67 %

3·Fe + C → Fe3C

фото – зерна феррита)
Микроструктура стали с содержанием углерода ≈ 0.1%;

(на фото – зерна феррита и перлита)

Микроструктура зерна перлита (увеличенно, х1600)

≈ 0.9%
Микроструктура доэвтектоидной стали с содержанием углерода ≈ 0.25%