Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 21. Схема микроструктуры механической смеси.
Рис. 22. Схема микроструктуры твердого раствора
21
сплавов химическое соединение рассматривают как самостоятельный элемент. Химическое
соединение имеет свою кристаллическую решетку определенного вида, которая отличается от кристаллических решеток элементов соединения, поэтому при образовании сплавов химическое соединение рассматривают как самостоятельный элемент. Так, например, сталь представляет собой сплав, где одним из компонентов является железо, а вторым - химическое соединение Без С (цементит).
Рис. 23. Кристаллическая решетка Таким образом, структура сплавов может
твердого раствора меди с никелем. представлять собой механическую смесь, твердый
раствор или химическое соединение, которые называются структурными составляющими. Структуры некоторых сплавов состоят из одной структурной составляющей, у других же могут одновременно сосуществовать все три указанные структурные составляющие.
ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ.
Большинство металлов может образовывать сплавы друг с другом, а также и с неметаллами. Количество различных сплавов, которые могут быть образованы какими - либо двумя элементами, довольно велико. Например, можно получить 99 различных сплавов свинца с сурьмой, если непрерывно увеличивать содержание сурьмы на 1 %. В технике находит применение огромное количество различных сплавов. Изучение всех существующих сплавов и запоминание их свойств является очень трудной и громоздкой работой. Эту задачу удалось значительно облегчить путем построения диаграмм состояния сплавов. Диаграммы состояния сплавов наглядно изображают превращения, протекающие в сплавах в зависимости от их химического состава и температуры; они освобождают нас от запоминания огромного количества цифр. При построении диаграммы состояния сплавов на оси абсцисс указывают химический состав или концентрацию сплава в процентах. Для этого горизонтальную линию определенной длины делят на 100 одинаковых частей и каждое деление принимают за один процент одного из компонентов сплава (рис. 24). Если линия АВ относится к сплавам свинца с сурьмой, то каждая точка, показывая процент содержания в сплаве сурьмы, одновременно указывает и на процент свинца. Например, в точке а мы имеем сплав, состоящий из 10% сурьмы и 90% свинца, а в точке б - из 20% сурьмы и 80% свинца. Точка А соответствует чистому свинцу, а точка В представляет собой чистую сурьму. Таким образом, на приведенной горизонтальной линии могут быть указаны все сплавы свинца с сурьмой.
а 6
А И....|т|ш1||пи|—|---1----1---1----1----1----1----1В
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
-----*- Содержание сурьмы,
Рис. 24. Масштаб для определения состава сплава.
По оси ординат откладывают в определенном масштабе температуру. Диаграммы состояния сплавов имеют две вертикальные оси, каждая из которых представляет один из элементов сплава. Чтобы построить диаграмму состояния сплавов, вначале путем лабораторного исследования получают ряд кривых охлаждения сплавов одних и тех же элементов, но с различной их концентрацией. На основе этих кривых и строится диаграмма.
Диаграммы состояния сплавов имеют различный вид в зависимости от того, образуются ли при затвердевании сплавов механические смеси, твердые растворы или химические соединения. По этому признаку сплавы делятся на группы, каждая из которых имеет типичную диаграмму состояния. Сплавы, компоненты которых при затвердевании образуют
22
только механические смеси и не способны к образованию твердых растворов и химических соединений, относятся к первой группе. Диаграмму состояния этих сплавов условились называть диаграммой состояния I рода. Сплавы, которые при затвердевании образуют твердые растворы и не дают ни механических смесей, ни химических соединений, относятся к диаграммам состояния IIрода.
Диаграмма состояния I рода. Наиболее типичными сплавами этой группы являются сплавы свинца с сурьмой. На примере этих сплавов и рассмотрим более подробно принцип построения диаграмм состояния сплавов. При помощи термического метода исследования получают кривые охлаждения ряда сплавов свинца с сурьмой. Чем больше будет таких кривых, тем точнее получится диаграмма состояния сплавов.
Рис. 25. Кривые охлаждения сплавов свинец — сурьма.
Для построения диаграммы возьмем пять сплавов свинца с сурьмой различной концентрации: а - 5% сурьмы и 95% свинца; б - 10% сурьмы и 90% свинца; в - 20% сурьмы и 80% свинца; г - 40% сурьмы и 60% свинца; д - 80% сурьмы и 20% свинца.
Кривые охлаждения указанных сплавов представлены на рис. 25. Рассмотрение приведенных кривых охлаждения сплавов показывает, что все сплавы имеют две критические температуры: верхнюю и нижнюю. Если наблюдать за процессом кристаллизации этих сплавов, то можно убедиться, что верхняя критическая температура соответствует началу затвердевания, а нижняя — концу затвердевания сплава. Таким образом, процесс кристаллизации указанных сплавов резко отличается от кристаллизации чистых металлов (см. рис. 13). Сплавы кристаллизуются в интервале температур, а чистые металлы — при постоянной температуре. Только один сплав, содержащий 13% сурьмы и 87% свинца, имеет одну критическую температуру, т. е. затвердевает при постоянной температуре. Это объясняется тем, что при указанном сочетании компонентов при температуре 240° из жидкого сплава одновременно выделяются кристаллы свинца и сурьмы, равномерно располагаясь между собой. Так как они образуются одновременно, то затрудняют рост друг друга, в результате чего получается мелкозернистая структура сплава.
