5. ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ, КОМПОНЕНТЫ КОТОРЫХ ИМЕЮТ ПОЛИМОРФНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Полиморфные превращения одного или обоих компонентов сплава изменяют его структуру и свойства. Такие превращения происходят во многих промышленных сплавах, например сплавах железа, титана и др.

Диаграмма состояния сплавов, образующих твердые растворы с неограниченной растворимостью, в которых один из компонентов А имеет две модификации представлена на рис. 43, а.

В случае, приведенном на рис. 43, а, все сплавы после затвердевания состоят из однородного -раствора, который является твердым раствором компонентов А (в состоянии, когда он имеет (-модификацию) и В. При понижении температуры -модификация компонента А превращается в -модификацию. В связи с этим в области, ограниченной линиями в равновесии находятся две фазы , где -фаза является твердым раствором компонента В в -модификации компонента А; -фаза — твердым раствором В в -модификации компонента А. Ниже линии сплавы состоят только из -фазы. Кристаллическая решетка а-раствора отлична от решетки -раствора. На диаграмме (см. рис. 43, а)

Рис. 43. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения: а — полиморфное превращение одного компонента; — то же, двух компонентов и образование эвтектоида

линия при охлаждении соответствует температуре начала, а линия температуре окончания полиморфного а -превращения.

При температурах ниже линии -твердый раствор в условиях равновесия становится неустойчивым и в его кристаллах возникают зародыши -твердого раствора. Развитие превращения а возможно только при дальнейшем охлаждении сплава. Образующиеся кристаллы -твердого раствора при понижении температуры изменяют свой состав по линии а кристаллы -твердого раствора — по линии

При температурах, отвечающих линии полиморфное а-превращение заканчивается; и при более низкой температуре сплавы имеют однофазную структуру -твердого раствора. В сплавах, находящихся между точками и -превращение при нормальной температуре не заканчивается, и после охлаждения эти сплавы сохраняют двухфазную структуру а

Сплавы, лежащие правее точки с, не претерпевают полиморфного превращения и при всех температурах имеют структуру -твердого раствора.

Из диаграммы состояния видно, что полиморфное - а-превращение при охлаждении в условиях, близких к равновесию, протекает в интервале температур и сопровождается диффузионным перераспределением компонентов между обеими фазами.

Диаграмма состояния сплавов, у которых высокотемпературные модификации компонентов обладают полной взаимной растворимостью, а низкотемпературные (а) — ограниченной, приведена на рис. В результате первичной кристаллизации все сплавы этой системы образуют однородный -твердый раствор.

С понижением температуры -твердый раствор распадается вследствие ограниченной растворимости компонентов в а-модификации. Линии соответствуют температурам начала распада -твердого раствора. При температурах ниже линии в равновесии находятся кристаллы твердых растворов , состав которых определяется линиями (-фаза) и (а-фаза).

При температурах ниже линии в равновесии находятся а-фазы. Состав -твердого раствора при понижении температуры изменяется по линии а а-фазы по линии По достижении изотермы твердый раствор состав которого отвечает точке с, при постоянной температуре распадается .

Распад -раствора на смесь двух фаз может быть описан аналогично эвтектическому превращению, но в этом случае исходной фазой будет твердый раствор (а не жидкость, как это встречается при эвтектическом превращении). Подобное превращение в отличие от эвтектического называют эвтектоидным, а смесь полученных кристаллов — эвтектоидом. Сплавы, расположенные левее точки с называются доэвтектоидными; сплав, отвечающий точке с — эвтектоидным, а сплавы, лежащие правее точки — заэвтектоидными.

Линия указывает на изменение предельной растворимости компонента В в -модификации компонента А в зависимости от температуры, а линия компонента А в -модификации компонента В.

Распад твердого раствора может происходить и в условиях больших степеней переохлаждения. Чем больше степень переохлаждения, тем меньше будет количество избыточных фаз (а или а) и больше эвтектоида. В области, очерченной линиями (см. рис. 43, б), избыточные фазы выделяться не будут. В этой области образуется только квазиэвтектоид, который отличается от эвтектоида непостоянством своей концентрации. В доэвтектоидных сплавах квазиэвтектоид обеднен компонентом В относительно равновесного содержания (см. рис. 43, б, точка с), а в заэвтектоидных сплавах обогащен компонентом В.

Строение эвтектоида всегда тоньше, чем эвтектики. Чем больше степень переохлаждения -твердого раствора, тем дисперснее фазы, образующие эвтектоид. Изменяя степень дисперсности фаз в эвтектоиде, можно в широких пределах менять механические и физические свойства сплавов.

При переохлаждении -твердого раствора до низких температур протекает мартенситное превращение. В результате мартенситного превращения, особенно в сталях, сильно повышается твердость. В связи с этим нагрев стали до температур, соответствующих области стабильного -твердого раствора, и последующее быстрое охлаждение для получения структуры мартенсит также называют закалкой. Распад мартенсита при нагреве называют отпуском.