Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 11. Системы с тремя компонентамиСовременная техника не ограничивается применением чистых металлов и двойных сплавов. В большинстве случаев практически применяемые сплавы являются сплавами многих компонентов. Поэтому, естественно, возникает необходимость изучения тройных и более сложных систем. Как видели раньше, для изображения однокомпонентной системы достаточно нанести точки на прямую линию (см. рис. 86), диаграмму состояния двухкомпонентной системы изображают в виде плоского графика (см. рис. 87). Диаграмма состояния сплавов с тремя компонентами изображается в пространстве; при этом одна ось будет показывать изменение содержания одного компонента, другая — другого, а третья ось — температурная (рис. 112). Если содержание двух компонентов задано, то содержание третьего определяется равенством
Рис. 112. Координаты для трехкомпонентной системы
Рис. 113. Концентрационный треугольник (прямоугольный) На вертикальные линии (рис. 112) наносят точки фазовых превращений сплавов. Изучив достаточное количество сплавов, точки одинаковых превращений можно объединить в поверхности. Таким образом, пространственная модель диаграммы состоит из различных поверхностей, между которыми заключены объемы одинаковых фазовых состояний. На диаграмме, следовательно, будет пространственная область, соответствующая жидкому состоянию, которая от об: ласти равновесия жидкого состояния с кристаллическим отделяется поверхностью ликвидус. Область сосуществования жидкости и кристаллических фаз отделяется от области существования одного только кристаллического вещества поверхностью солидус. Изучение тройных систем начнем со способов изображения концентрации. Можно воспользоваться прямоугольной системой координат. Вершина координат соответствует чистому компоненту А. По осям откладывают концентрации В и С (рис. 113) так же, как это делали применительно к двойным системам (см. рис. 87). Крайние точки на обеих осях соответствуют чистым компонентам В и С. Если масштаб на обеих осях одинаков, то точки В и С одинаково удалены от начала координат. Двойные сплавы Недостатком такого метода изображения является различие масштабов для концентраций отдельных компонентов. Этот метод применяют главным образом при изображении не всей диаграммы состояния, а только части ее, для сплавов, богатых компонентом А. Для полного изображения всей тройной системы, так чтобы изменение концентрации каждого компонента измерялось в одинаковом масштабе, используются косоугольные координаты с углом 60°. В этом случае вместо прямоугольного треугольника основанием пространственной модели будет равносторонний треугольник, на который наносят сетку концентраций и который называется концентрационным треугольником (рис. 114). При определении концентраций компонентов тройного сплава следует предположить, что вершины равностороннего треугольника соответствуют чистым компонентам А, В и С. Линия
Рис. 114. Концентрированный треугольник (равносторонний) В каждом тройном сплаве сумма концентраций трех компонентов является постоянной величиной, т. е. Следовательно, за Если через заданную точку О, лежащую внутри треугольника, провести линии, параллельные его сторонам (рис. 115), то из элементарного геометрического построения видно, что расходящиеся из точки О под углом в 120° отрезки Так как сторона треугольника показывает нам количество всего сплава, то сумма а В двойной системе по мере приближения концентрационной точки к началу координат, например к точке Л, лежащей на стороне Следовательно, отрезок а показывает содержание (концентрацию) в тройном сплаве компонента А. Соответственно отрезок Чтобы определить концентрацию компонентов в тройном сплаве, через данную точку проводят линии, параллельные сторонам треугольника. Длина отрезка какой-либо линии, доведенной до одной из сторон треугольника, определяет концентрацию того компонента, который отвечает вершине треугольника, противолежащей этой стороне 1. Для удобства на сторонах треугольника (по вращению часовой стрелки или против нее) откладывают содержание компонентов
Рис. 115. Определение коицеитрации сплавов в равностороннем концентрационном треугольнике
Рис. 116. Определение концентрации в равностороннем концентрационном треугольнике Концентрационные отрезки Во многих случаях удобно откладывать концентрации С и В по сторонам исходящим из вершины компонента А. Для сплава О концентрация компонента В выражается отрезком Концентрацию компонента А определяют по разности Если рассмотрим серию сплавов, лежащих на прямой, параллельной одной из сторон треугольника, например стороне Если взять серию сплавов, лежащих на линии, проходящей через вершину треугольника, например через вершину В, то из закона подобия треугольников получим для всех сплавов, лежащих на этой линии, постоянное отношение отрезков:
т. е. для всех сплавов, лежащих на прямой, проходящей через вершину В, соотношение компонентов А и С будет постоянным. Итак, анализ концентрационного треугольника показывает, что: 1) вершины треугольника изображают чистые компоненты Л, В и С; 2) на сторонах треугольника лежат точки, отвечающие двойным сплавам; 3) точки внутри треугольника изображают тройные сплавы; 4) сплавы, которые изображаются точками, лежащими на линии, параллельной стороне треугольника, имеют постоянную концентрацию того компонента, который соответствует противолежащей вершине треугольника; 5) сплавы, которые находятся на линии, проходящей через какую-либо вершину треугольника, характеризуются постоянным отношением концентраций двух компонентов.
Рис. 117. Сечение концентрационного треугольника
Рис. 118. Правило отрезков в тройной системе Процесс кристаллизации тройных сплавов подчиняется тем же основным правилам, что и кристаллизация двойных сплавов, т. е. правилу фаз и правилу отрезков, только применение последнего несколько затрудняется более сложным изображением системы (в пространстве). Приведем пример для объяснения правила отрезков (которое в отношении к тройным системам, может быть, удобнее именовать правилом прямой линии). Если даны два двойных сплава с 60 и Если даны два тройных сплава — Чем больше взято сплава Если взять
которое является уже известным нам уравнением правила отрезков (см. Если предположить обратный процесс (например, сплав в точке О распадается на две фазы — Если из жидкости приняла значение точки 6, то это значит, что данный момент кристаллизации количество выпавших кристаллов В так относится к количеству оставшейся жидкости, как отрезок Применяя правило фаз к тройным системам, следует учитывать, что
Следовательно, кристаллизация двойной эвтектики
В тройных сплавах возможна также кристаллизация тройной эвтектики Если представить себе, что систему образуют три компонента А, В и С, растворимые в жидком состоянии и нерастворимые в твердом, то кристаллизация в интервале температур начнется с выделения одного компонента (например, А, рис. 119), затем двух компонентов, т. е. кристаллизуется двойная эвтектика, что тоже происходит при переменной температуре. При постоянной температуре происходит только совместная кристаллизация трех компонентов (в виде тройной эвтектики
Рис. 119. Кривая охлаждения тройного сплава с образованием двойной и тройной эвтектик. состоящих из числа компонентов А. В, С Тройные системы можно классифицировать по тем же принципам, что и двойные, учитывая растворимость компонентов в твердом и жидком состояниях и склонность их к образованию химических соединений. Очевидно, что диаграмм тройных систем различных типов будет гораздо больше, чем диаграмм двойных систем. В задачу данного курса не входит рассмотрение разнообразных тройных диаграмм состояний, поэтому ограничимся рассмотрением в общих чертах процессов кристаллизации в тройной системе, где эти три компонента не растворимы в твердом состоянии и не образуют химических соединений. Попарно компоненты А, В и С образуют системы с двойной эвтектикой, а совместно — систему с тройной эвтектикой. В развернутом виде такая диаграмма показана на рис. 120 а общий вид диаграммы в пространстве — на рис. 121. Очевидно, что отрезок Точка Итак, если на линии Следовательно, поверхность (кликните для просмотра скана) Рассмотрим сплав О (см. рис. 120) из него при охлаждении будут выпадать кристаллы
Соединим прямой линией точки Е и А. Концентрационная точка сплава О будет лежать внутри фигуры Таким образом, можно установить три этапа кристаллизации нашего сплава: выделение первичных кристаллов (отрезок 1—2, см. рис. 119), выделение двойной эвтектики (отрезок 2—3) и выделение тройной эвтектики (отрезок 3—3). Структура тройного сплава (рис. 122) будет состоять из первичных кристаллов (кристаллы Тройная эвтектика образуется во всех тройных сплавах, кристаллизующихся по типу, изображенному на диаграммах рис. 120 и 121. Природа первичных кристаллов и двойной эвтектики зависит от того, в какой области диаграммы будет находиться концентрационная точка сплава (табл. 13). Таблица 13. (см. скан) Область на тройной диаграмме и соответствующая ей структура Конечно, в структуре двойных сплавов Наконец, сплав, отвечающий точке Е, состоит из тройной эвтектики. В данной системе это самый легкоплавкий сплав. Процесс кристаллизации начнется при температуре На плоскостном изображении диаграммы (см. рис. 120) температурной оси нет. Можно проследить последовательно за процессом кристаллизации, не отмечая, при какой температуре какая фаза начинает кристаллизоваться. Если на диаграмму нанести линии, соответствующие одинаковым температурам (изотермы), т. е. линии, которые представляют собой пересечения горизонтальных изотермических) плоскостей с поверхностями диаграммы, то можно будет с некоторым приближением судить о температурах превращения. На рис. 123 приведена диаграмма Кристаллизация сплава с
Рис. 123. Диаграмма состояния сплавов
Рис. 124. Угол тройной системы, богатый компонентом А. Все три компонента образуют ограниченные твердые растворы В этой точке при постоянной температуре заканчивается кристаллизация. Сплав указанного состава самый легкоплавкий, температура начала и конца кристаллизации этого сплава В рассмотренной системе (см. рис. 123) из жидкости выделяются чистые компоненты А, В и С, Если бы эти компоненты образовывали ограниченные твердые растворы а, Р и 7, то в пространственной модели около вертикальных ребер, соответствующих чистым компонентам, были бы объемы, в которых существуют твердые растворы (на рис. 124 приведен лишь участок диаграммы для сплавов, богатых компонентом А). Тройная эвтектика в таком сплаве состоит из трех твердых растворов Линия вторичных фаз указана на рис. 124 и определяется составом сплава (на линии Сплавы, лежащие внутри фигуры
|
1 |
Оглавление
|