Диаграммы состояния с ограниченной растворимостью, в которых происходят эвтектические, перитектические, эвтектоидные, перитектоидные превращения

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Кафедра ОМД

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине "Металловедение"

на тему:

"Диаграммы состояния с ограниченной растворимостью, в которых происходят эвтектические, перитектические, эвтектоидные, перитектоидные превращения"

Алчевск 2009

1.
Диаграмма состояния с ограниченной растворимостью при повышениях и понижениях температурах, с полиморфным превращением у одного из компонентов, с перитектическим, эвтектическим и эвтектоидным превращениями

Рисунок 1. Диаграмма состояния

ТА
SРТВ
– линия ликвидус.

ТА
ЕSFDKTB
– линия солидус.

Линия РDК – перитектического равновесия: Жр
+ γк
↔ Аn
ВmD
..

Линия ESF – линия эвтектического равновесия: ЖS
↔ βE
+ Аn
ВmF
.

Линия HRC – линия эвтектоидного равновесия: βR
↔ αH
+ Аn
ВmC
.

Линия ER – линия ограниченной растворимости компонента В
в b-фазе (или компонента А
b
).

Линия HN – линия ограниченной растворимости компонента B
в a – фазе (или компоненте А
a
).

Линия ДС (DFCC΄) – нестойкое химическое соединение Аn
Вm
.

Линия KW – линия ограниченной растворимости компонента А
в g – фазе (или компоненте В
).

Сплавы с концентрацией компонентов между точками HR (или H΄R΄) – доэвтектоидные.

Сплав, проходящий через точку R (R΄) – эвтектоидный.

Сплавы R΄E΄ – заэвтектоидные.

Сплавы E΄S΄ – доэвтектические.

Сплав, проходящий через точку S
– эвтектический.

Сплавы S΄С΄– заэвтектические.

Сплав проходящий через точку D
претерпевает чисто перитектическое превращение с образованием нестойкого химического соединения Аn
Вm
.

Рассмотрим некоторые сплавы:

Сплав 1

Жр
+ γк
↔ Аn
Вm
(100%) – перитектическое соединение.

Сплав 2

Жр
+ γк
↔ Аn
Вm
+ γизб.

Сплав 3

Жр
+ γк
↔ Аn
Вm
+ Жизб.

На участке 2 – 3 – из Жизб
при охлаждении выделяется Аn
Вm
. При t3
оставшаяся жидкость, имеющая состав точки S
превращается в эвтектику: Аn
Вm
+ Жост
↔ Аn
Вm
+ (β + Аn
Вm
)

При температуре t4
β-фаза, входящая в эвтектику, превращается в эвтектоид β ↔ α + Аn
Вm

Окончательная структура сплава: Аn
Вm
+ эвт-ка [эвт-д (α + Аn
Вm
) + Аn
Вm
].

Сплав
IV

Состав Ж-фазы уменьшается по линии ликвидус от т. 1 до т. S
.

Состав твердой фазы Аn
Вm
по линии ликвидус DF (стрелочки).

В интервале температур 1 – 2 сплав состоит из: Ж + Аn
Вm
.

При температуре ниже t2
происходит эвтектическое превращение: Аn
Вm
+ Ж ↔ Аn
Вm
+ (β + Аn
Вm
)

В интервале температур 2 – 3 из β-фазы выделяются избыточные кристаллы Аn
Вm
, связанно это с уменьшением растворимости В
в β-фазе (линия ER): β ↔ Аn
Вm
.

При температуре несколько ниже т. 3 – происходит эвтектоидное превращение, β-фаза распадается на две новые: b ↔ α + Аn
Вm

В интервале температур 3 – 4, в соответствии с линией HN (ограничивает растворимость компонента В
в А
(α-фазе)) из α-фазы выделяются избыточные кристаллы хим. соединения: α ↔ Аn
Вm
.

Сплав 5

При t1
имеется равновесный набор фазовых и концентрационных флуктуаций.

При t2
размер и количество флуктуаций увеличивается по отношению к β-фазе.

Ниже t2
начинается процесс кристаллизации.

При t3
: т. f – описывает состав β-твердого раствора.

Точка q – описывает состав жидкой фазы.

Количественное соотношение фаз: конода fq.

Жидкая фаза меняет состав по линии ликвидус – qS, а β-фаза по линии солидус – fE.

Температура t4
соответствует эвтектическому равновесию жидкости состава – S, и β-фазы точки – Е.

Количес

твенное соотношение фаз выше t4
: конода ES

Ниже точки 4 жидкая фаза претерпевает эвтектическое превращение с образованием эвтектики: ЖS
↔ α + Аn
Вm
, таким образом, ЖS
= э (β + Аn
Вm
) = 33% (см. выше); β-фаза до и после превращения = 67%.

При охлаждении до точки 5 из β-фазы выделяются соединения Аn
Вm
(связанно с ограничением растворимости компонента В
в β-фазе по линии ER) (выделяющиеся кристаллы называют вторичными).

Структура сплава в интервале 4 – 5: β + эвт-ка (β + Аn
Вm
) + Аn
ВmII
.

При температуре несколько ниже t5
происходит эвтектоидное превращение, β-фаза распадается с образованием двух фаз: β ↔ α + Аn
Вm

Для расчета структуры после превращения за коноду принимаем RC – 100%.

Эта структура будет присутствовать до комнатной температуры (эвтектоид (α + Аn
Вm
) + эвтектика (эвтектоид(α + Аn
Вm
) + Аn
Вm
) + Аn
ВmII
).

Количество фаз при tкомн
: NC΄– конода α =?%, Аn
Вm
=?%.

Кратко рассмотрим ряд диаграмм

Рисунок 2. Диаграмма состояния

Линия KSN– линия эвтектоидного превращения (I-го):

γS
↔ δк
+ εN

I эвтектоид

Линия PCD– линия эвтектоидного превращения (II-го):

γС
↔ εР
+ β.
D

II эвтектоид

Фаза ε – стойкое химическое соединение с переменным составом (Аn
Вm
).

Линия HIR– линия перитектоидного превращения:

δH
+ εR
↔ αJ

Рассмотрим кристаллизацию и ход превращения сплавов.

Сплав 1

Выше т. 1 сплав находится в жидком состоянии.

Интервал 1 – 2 – происходит выделение кристаллов γ-фазы.

Интервал 2 – 3 – существует γ-фаза.

Интервал 3 – 4 – происходит выделение нестойкого химического соединения ε (Аn
Вm
).

В т. 4 происходят эвтектоидное превращение:

ε + γ ↔ ε + (δ + ε)

эвтектоид

В т. 5 происходит перитектоидное превращение:

δ + ε ↔ α + εост
.

Сплав II и III – рассмотреть студентам.

Рисунок 3. Диаграмма состояния

Линия солидус – ТА
12456ТВ
.

Линия 123 – претектическое равновесие:

– перетектическая реакция Ж + α ↔ Аn
Вm

Линия 456 – эвтектическое равновесие:

– эвтектическая реакция Ж ↔ Аn
Вm
+ В

Сплавы:

45 – доэвтектические;

5 – эвтектический;

56 – заэвтектические.

Линия 789 – эвтектоидное равновесие (7 8 9
).

Аn Вm ↔ α + В эвтектоид

Сплав 1
– эвтектоидная реакция.

Сплав 3

В т. а
– эвтектическое превращение.

В т. б
– эвтектоидное превращение.

Для расчета структурных составляющих в интервале температур а – б
, примем за коноду отрезок 5 – 6 (100%):

Рисунок 4. Диаграмма состояния

Линия солидус – ТА
5623ТВ
.

Линия 123 – перитектическое равновесие:

Ж + β ↔ δ

.

Линия 456 – перитектическое равновесие:

Ж + δ ↔ α

.

δ ↔ α + β

Линия 789 – эвтектоидное равновесие:

Сплав 1

Ниже т. а
– начало кристаллизации, из Ж выделяются кристаллы δ-фазы.

При т. б
– претектическое превращение:

Ж4
+ δ6
↔α5
+ δ6(ост)изб
.

При т. в-
эвтектоидное равновесие:

α7
+ δ8(ост)изб
↔ α7
+ β9
+ α7

эвтектоид

Структура после полного охлаждения:

α + эвтектоид (α + β).

Литература

1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 1972, 1980

2. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986

3. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. М., 1983

4. Антикайн П.А. Металловедение. М., 1972