Лекция 3

1. Лекция №3

Содержание :
Тема: Строение и свойства сплавов
1. Определения
2. Типы сплавов
3. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью
компонентов в твердом состоянии
порядок построения
правило отрезков
4. Диаграмма состояния сплавов с компонентами, образующими
механические смеси в твердом состоянии
5. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью
компонентов в твердом состоянии
6. Диаграмма состояния сплавов с компонентами, образующими с
химические соединения
7. Закономерности Курнакова

2. 1. Общие определения

Сплав – вещество, полученное сплавлением двух или
более химических элементов.
Например, легированные стали – это сплавы Fe с
различными металлами (Cr, Ni, W и др.),
латунь – сплав Cu c Zn.
Фаза - однородная часть системы, отделенная от
других частей системы поверхностью раздела, при
переходе через которую химический состав или
строение вещества изменяются скачкообразно.
Компоненты сплава – простые вещества,
образующие сплав.

3. 2. Типы сплавов

1. Сплавы твердые растворы.
Схема образования:
А + В = Аn (Вm ) или Вn (Аm ),
где Аn(Вm ) – твердый раствор компонента В в компоненте А;
Вn(Аm ) - твердый раствор компонента В в компоненте А.
Признаки сплава:
• - однофазный,
• - имеет кристаллическую решетку компонента В или
компонента А;
• - кристаллизация протекает в интервале температур;
• - соотношение компонентов является переменной величиной,
n, m – переменные;

4. 2. Типы сплавов

1.1. Твердый раствор
замещения – образуется
путем частичной
(ограниченный твердый
раствор) или полной
(неограниченный твердый
раствор) замены ионов
основного вещества на ионы
другого химического
элемента.
А,В – компоненты сплава
Неограниченный твердый раствор образуется если:
- компоненты изоморфны, т.е. имеют один тип
кристаллической решетки;
- атомные радиусы компонентов различаются менее, чем на
10 – 15 % (ΔR ≤ 10 – 15 %).
Ограниченный твердый раствор образуется если:
- компоненты имеют разные типы кристаллических решеток;
- ΔR >15 %.

5. 2. Типы сплавов

1.2. Твердый раствор внедрения
В растворах ионы или атомы
растворенного вещества (С)
располагаются в междоузельном
пространстве кристаллической
решетки основного вещества (А).
Растворы образуют химические
элементы с малыми атомными
радиусами – O, H, N, C, B и др.
1.3. Упорядоченный твердый раствор характеризуется
определенным порядком распределения частиц растворенного
вещества в растворителе.
1.4. Неупорядоченный твердый раствор характеризуется
беспорядочным распределением частиц растворенного
вещества в растворителе.

6. 2. Типы сплавов

2. Сплавы механические смеси – это смеси кристаллов
компонентов А и В с индивидуальными
кристаллическими решетками.
Схема образования:
А + В = (А + В).
Признаки сплава:
• - многофазный;
• - компоненты сохраняют индивидуальные
кристаллические решетки;
• - кристаллизация протекает при постоянной
температуре;
• - компоненты не образуют химических соединений,
взаимно не растворяются в твердом состоянии.

7. 2. Типы сплавов

3. Сплавы химические соединения – образуются, когда
компоненты вступают в химическое взаимодействие.
Схема образования:
А + В = Аn Вm
Признаки сплава:
• - однофазный,
• - имеет кристаллическую решетку, отличную от
кристаллических решеток компонентов;
• - кристаллизация протекает при постоянной
температуре;
• - определенное соотношение компонентов в
соответствии с формулой Аn Вm, где n, m = const.

8. 3. Порядок построения диаграммы состояния

Диаграмма состояния сплава - графическое изображение
состояния сплава в зависимости от температуры и
состава.
1. Построение кривых охлаждения компонентов сплава и
нескольких сплавов различного состава, например, 100 % А, 50
% А – 50 % В и 100 % В.
Кривыми охлаждения называются зависимости изменения
температуры сплава в процессе кристаллизации t = f(τ).
2. Определение температур начала и конца кристаллизации
компонентов и сплавов (критических точек) по кривым
охлаждения.
3. Перенос критических точек на поле диаграммы.
4. Точки начала кристаллизации соединяют одной линией и
получают линию «ликвидус»; точки конца кристаллизации
соединяют другой линией и получают линию «солидус».

9. 3. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Компоненты сплава:
А и В.
Фазы:
L - жидкий сплав, α –
неограниченный твердый
раствор компонентов
Характерные точки:
А и В – температуры
плавления компонентов А и В
Характерные линии:
А3В - «ликвидус»;
А4В - «cолидус»
Фазовый состав
областей:
Выше линии «ликвидус»
сплав в жидком состоянии,
ниже линии «солидус» - в
твердом. Между линиями
«ликвидус» и «солидус»
сплав двухфазный - L + α

10. 3. Правило отрезков

1. Чтобы определить состав фаз, через точку, характеризующую
состояние сплава проводят горизонтальную линию до пересечения с
линиями, ограничивающими данную область. Проекции точек
пересечения на ось концентраций показывают состав фаз.
Для произвольной т. с состав жидкой фазы определяет т. а', состав
твердой фазы – т. b'.
2. Отрезки между заданной
точкой и точками, определяющими
состав фаз, обратно
пропорциональны количеству фаз.
Количество жидкой фазы:
Qж
bc
100, %,
ab
количество твердой фазы:
ac
Qтв 100,%.
ab

11. 4. Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов

Компоненты сплава - А и В.
Фазы: - жидкий сплав L, твердые кристаллы А, твердые кристаллы В.
Характерные точки: точки А и В – температуры плавления компонентов А
и В, точка С - эвтектическая точка.
Эвтектика
(легкоплавящийся) –
механическая смесь двух (А и
В) кристаллических фаз,
одновременно
кристаллизующихся из
жидкости.
Реакция образования
эвтектики
LC = (А + В)эвт.
Характерные линии: АСВ – линия
ликвидус; DCE - линия cолидус.

12. 5. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Компоненты сплава - А и В.
Фазы: - L (жидкий сплав), α (твердый раствор компонента В в компоненте А), β (твердый раствор
компонента А в компоненте В).
Характерные точки:
- точки А и В – температуры плавления компонентов А и В, соответственно;
- точка E - эвтектическая точка;
- точка D – точка максимальной растворимости компонента В в компоненте А при температуре,
соответствующей линии СD;
- точка F – точка минимальной растворимости компонента В в компоненте А при нормальной
температуре.
Характерные линии:
- АEВ – линия ликвидус;
- АDECВ - линия cолидус;
- FD – линия предельной
растворимости компонента В в
компоненте А;
-
- СG – линия предельной растворимости
компонента А в компоненте В;
DEC – линия эвтектического превращения по
реакции:
LE = (α + β)эвт

13.

6. Диаграмма сплавов c устойчивым химическим соединением
(не разлагающимся при плавлении)
Компоненты сплава - А и В.
Фазы:
- L- жидкий сплав , компонент А и химическое соединение АnВm; или
- L - жидкий сплав, компонент B и химическое соединение АnВm;
Характерные точки:
- т. А и В – температуры плавления компонентов А и В; т. С - температура
плавления химического соединения Аn Вm; т. E1 - точка кристаллизации эвтектики (А +
АnВm);
- т. E2 - точка кристаллизации эвтектики (В + АnВm);
Характерные линии:
АE1СE2В – ликвидус;
DE1NKE2 M – cолидус;
DE1M - линия
эвтектического
превращения:
L→ (А + АnВm);
KE2M - линия
эвтектического
превращения:
L→ (В + АnВm);

14. 7. Правило Курнакова

Правило устанавливает связь между видом
диаграммы состояния и характером изменения
свойств сплава в зависимости от его состава
I
t
А
II
B
B
IV
B
А
С
А
t
в , HB
,
R, G
III
B
А
С
D
С
E
E2
E1
С'
С''