Диаграммы состояния сплавов

Диаграмма состояния системы с бинодальной кривой
Сравнительно часто в системах с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях наблюдается разрыв этой растворимости при низких температурах. На диаграмме состояния такой системы (рис. 5, а) имеется двухфазная область α1 + α2 в сплавах которой в интервале температур tk - tK0MH наблюдается двухфазное равновесие α1 ↔ α2. Здесь α1 и α2 - соответственно граничные растворы на основе компонентов А и В. Составы этих растворов при температурах ниже tk изображаются ветвями kа и kb бинодальной кривой akb. Бинодаль akb часто называют также кривой расслоения.
Рис.5
Лекция 7

Превращения в сплавах при переходе
через бинодаль
.
Рассмотрим превращения в сплавах при переходе через бинодаль. Очевидно, попадая на эту кривую, α1(или 2)-раствор исходного состава становится насыщенным относительно α2 (или1)-раствора другого состава, и при понижении температуры из одного твердого раствора выделяется другой твердый раствор. Так, в сплавах участка а - k при температурах ниже кривой kа из α1-раствора, богатого компонентом А, выделяется α2-раствор, богатый компонентом В, что можно записать как α1 → α2. Наоборот, в сплавах участка k - b при температурах ниже кривой kb из α2-раствора выделяется α1-раствор или α2 → α1. Наконец, в сплаве k1, отвечающем по составу критической точке kк, распад α-раствора при понижении температуры ниже tk можно записать как
α 1 ↔ α 2(или α 1(к_а) - α 2(k-b)).
По существу, все три записи аналогичны, так как описывают один и тот же процесс расслоения исходного α 1(или 2)-раствора на области (слои) разного химического состава (α 1 и α 2) или, иными словами, распад исходного α1(к- а) раствора с образованием другого α2{или1)-раствора, в результате чего сплав из однофазного становится двухфазным α1 + α2
Лекция 7

Фазовые превращения в сплаве n
Графическое изображение превращений в одном из сплавов рассматриваемой системы, в частности, сплаве n показано на рис. 5, а. В интервале температур t1 - t2 этот сплав закристаллизуется как твердый a-раствор, что можно записать как Ж1-2 → α3-4.При охлаждении от температуры t2 до t3 в сплаве не происходит фазовых превращений. Как только температура сплава понизится до t3 (точка 5 на кривой kа), α1-раствор состава точки 5 окажется насыщенным относительно другого α2-раствора, и при дальнейшем понижении температуры пойдет превращение α1 → α2. Состав образующегося α2-раствора определится точкой 6 на кривой kb. При понижении температуры от t3 до комнатной состав распадающегося α1-раствора изменится по кривой kа в направлении от точки 5 к точке а, а состав выделяющегося α2-раствора - по кривой kкb в направлении от точки 6 к точке b, т.е. α1(5-a) → α2(6-b). Как и при кристаллизации, для протекания превращения α1 → α2 требуется переохлаждение сплава ниже кривой ka.
Рис.5, а
Лекция 7

Кривая охлаждения сплава n
На кривой охлаждения сплава n наблюдаются три критические точки (рис. 5, б): две верхние отвечают температурам ликвидуса и солидуса (t1 и t2), а нижняя (t3) - температуре начала распада α1-раствора.
Распад твердых растворов при понижении температуры в системах с бинодальными кривыми обусловлен усилением взаимодействия одноименных атомов А - А и В - В по сравнению с взаимодействием разноименных атомов А - В, т.е. стремлением атомов одного сорта окружить себя атомами того же сорта
Рис.5,б
Лекция 7

Механизмы распада пересыщенных твердых растворов
Распад может идти по двум различным механизмам: а) спинодального распада и б) образования и роста зародышей.
Особенности спинодального распада поясним с помощью рис. 6, на котором в верхней части показана бинодаль а1к2b, а в нижней - зависимости энергии Гиббса а-раствора при температурах t1 > tk и t2 < tk. При температуре t1 стабильна одна фаза и кривая энергии Гиббса а-раствора на всем протяжении своей выпуклостью обращена вниз. Наоборот, при температуре t2 в интервале концентраций 1-2 стабильна не одна, а две твердые фазы составов точек 1 и 2, положение которых определяется точками касания общей касательной 1-2 к двум участкам кривой энергии Гиббса.
Участок 1s1s22 этой кривой относится к твердым а-растворам, неустойчивым при температуре t2, так как на этом участке энергии Гиббса одной фазы больше энергии Гиббса смеси двух фаз составов точек 1 и 2.
Из изложенного следует, что в сплавах, расположенных по обе стороны от критической точки k, сколь угодно малое расслоение исходного α-раствора с самого начала может протекать с уменьшением энергии Гиббса. Для начала распада α-раствора не требуется образования критических зародышей новой фазы, что всегда сопровождается начальным повышением энергии Гиббса Такой распад получил название спинодалъного и происходит сразу по всему объему кристаллов исходного твердого раствора.
Лекция 7
Рис. 6