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

Т_АSРТ_В – линия ликвидус.

Т_АЕSFDKT_B – линия солидус.

Линия РDК – перитектического равновесия: Ж_р + γ_к ↔ А_n В_mD..

Линия ESF – линия эвтектического равновесия: Ж_S ↔ β_E + А_n В_mF.

Линия HRC – линия эвтектоидного равновесия: β_R ↔ α_H + А_n В_mC.

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 А_nВ_m.

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 А_nВ_m.

Рассмотрим некоторые сплавы:

Сплав 1

Ж_р + γ_к ↔ А_nВ_m (100%) – перитектическое соединение.

Сплав 2

Ж_р + γ_к ↔ А_nВ_m + γ_изб.

Сплав 3

Ж_р + γ_к ↔ А_nВ_m + Ж_изб.

На участке 2 – 3 – из Ж_изб при охлаждении выделяется А_nВ_m. При t₃ оставшаяся жидкость, имеющая состав точки S превращается в эвтектику: А_nВ_m + Ж_ост ↔ А_nВ_m + (β + А_n В_m)

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

Окончательная структура сплава: А_nВ_m + эвт-ка [эвт-д (α + А_n В_m) + А_n В_m].

Сплав IV

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

Состав твердой фазы А_nВ_m по линии ликвидус DF (стрелочки).

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

При температуре ниже t₂ происходит эвтектическое превращение: А_n В_m + Ж ↔ А_n В_m + (β + А_n В_m)

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

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

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 ↔ А_nВ_m.

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.

Количественное соотношение фаз выше t₄: конода ES

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

При охлаждении до точки 5 из β-фазы выделяются соединения А_nВ_m (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 + А_nВ_m) + А_nВ_mII.

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

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

Эта структура будет присутствовать до комнатной температуры (эвтектоид (α + А_nВ_m) + эвтектика (эвтектоид(α + А_nВ_m) + А_nВ_m) + А_nВ_mII).

Количество фаз при t_комн: NC΄– конода α =?%, А_n В_m =?%.

Кратко рассмотрим ряд диаграмм

Рисунок 2. Диаграмма состояния

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

γ_S ↔ δ_к + ε_N

I эвтектоид

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

γ_С ↔ ε_Р + β_.D

II эвтектоид

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

Линия HIR– линия перитектоидного превращения:

δ_H + ε_R ↔ α_J

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 (А_n В_m).

В т. 4 происходят эвтектоидное превращение:

ε + γ ↔ ε + (δ + ε)

эвтектоид

В т. 5 происходит перитектоидное превращение:

δ + ε ↔ α + ε_ост.

Сплав II и III – рассмотреть студентам.

Рисунок 3. Диаграмма состояния

Линия солидус – Т_А12456Т_В.

Линия 123 – претектическое равновесие:

– перетектическая реакция Ж + α ↔ А_nВ_m

Линия 456 – эвтектическое равновесие:

– эвтектическая реакция Ж ↔ А_nВ_m + В

Сплавы:

45 – доэвтектические;

5 – эвтектический;

56 – заэвтектические.

Линия 789 – эвтектоидное равновесие (_{7 8 9}).

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 – Т_А5623Т_В.

Линия 123 – перитектическое равновесие:

Линия 456 – перитектическое равновесие:

Сплав 1

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

При т. б – претектическое превращение:

Ж₄ + δ₆ ↔α₅ + δ_{6(ост)изб}.

При т. в-эвтектоидное равновесие:

α₇ + δ_{8(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