Главная > Разное > Диаграммы равновесия металлических систем
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

ГЛАВА 30. ТИПОВЫЕ ТРОЙНЫЕ ДИАГРАММЫ

Тройные диаграммы с эвтектикой

В этой главе рассматриваются главные черты основных видов тройных систем. Полная тройная диаграмма может быть очень сложной и трудной для ее понимания при первом чтении. Пространственные изображения некоторых из приведенных тройных систем могут показаться на первый взгляд сложными. Для облегчения их понимания изготовляют модели. Мы считаем, что анализ протекающих превращений и вида фазовых областей облегчается при совместном рассмотрении полной объемной модели и серии изотермических сечений. Однако следует подчеркнуть, что этот путь необязательно является лучшим; часто оказывается легче объяснить и обработать новые экспериментальные данные, если они представляют серию вертикальных сечений системы.

В тройной системе в равновесии находится не больше четырех фаз. Следовательно, при составе сплава, точно соответствующем эвтектической точке, в равновесии с жидкостью находятся три твердые фазы. Эти тройные эвтектики при подходящем реактиве для травления могут быть обнаружены микроскопическим методом по существованию в твердом сплаве трех различных фаз. Кроме чисто тройных эвтектик, сплавы трехкомпонентных систем могут иметь бинарные эвтектики. В этих случаях составы жидкой фазы лежат на эвтектической кривой, представляющей пересечение двух поверхностей ликвидус.

Число способов, которыми двойные системы, содержащие эвтектики, сочетаются при образовании тройной эвтектики, очень велико. Мы можем начать с рассмотрения тройной системы, представленной на рис. 185. В этой системе имеются три тройных ограниченных твердых раствора на основе каждого металла и все три бинарные системы простого эвтектического типа. В этом примере каждая эвтектическая точка понижается при добавлении третьего элемента, и кривые линии являются бинарными эвтектическими линиями, которые встречаются в точке тройной эвтектики. Ниже будет показано, что существуют системы, в которых не все линии двойных эвтектик пересекаются в одной точке. На рис. 185 показаны три поверхности ликвидус, соответствующие равновесию жидкости с твердыми растворами На этих поверхностях кривыми горизонтальными линиями отмечены некоторые изотермы.

Двухфазная система (твердая фаза жидкость) двухвариантна, поэтому каждой изотерме на поверхности ликвидус соответствует изотермическая линия на поверхности солидус. В соответствии с этим могут быть вычерчены линии — коноды, соединяющие составы жидкой и твердой фаз, находящихся в равновесии. На рис. 185 коноды вычерчены для двух различных температур для равновесия твердого раствора С и жидкости. Аналогично коноды могут быть вычерчены и применительно к двум другим углам диаграммы. Концы конод, показывающие составы твердой фазы, образуют поверхность солидус, лежащую под поверхностью ликвидус.

Рис. 185. Пространственное изображение тройной системы , состоящей из трех бинарных эвтектик и тройной эвтектики Указано изотермическое сечение в плоскости тройной эвтектики и два сечения в области твердого раствора С. На частях поверхности ликвидус, которые непосредственно видны, вычерчены изотермические контурные линни

Рассмотрим теперь изотермическое сечение модели (см. рис. 185) при температуре выше температуры плавления самой высокоплавящейся эвтектики. В каждом углу модели расположены маленькие области гомогенного твердого раствора, ограниченные кривыми, которые представляют пересечение горизонтальной плоскости с поверхностью солидус. Получающееся изотермическое сечение (рис. 186) имеет три двухфазные области жидкость), рассеченные конодами. Через внутренние концы этих линий-конод проходят изотермы ликвидус, ограничивающие составы, в пределах которых сплавы полностью жидкие.

На рис. 187 показано изотермическое сечение пространственной модели (рис. 185) при температуре более высокой, чем температура точки бинарной эвтектики Ей но ниже точек бинарных эвтектик Сторона этого сечения подобна

стороне сечения, показанного на рис. 186, но характеризуется большим количеством твердой фазы. На сторонах и теперь будут двухфазные области (твердая фаза твердая фаза С) и (твердая фаза твердая фаза В). Эти двухфазные области ограничены трехфазным треугольником. Например, если бинарная эвтектическая кривая пересекает изотермическое сечение в точке то представляет угол жидкости трехфазного треугольника жидкость), а точки а и с дают составы твердых фаз соответственно.

Рис. 186. Изотермическое сечение диаграммы рис. 185 при температуре выше

Рис. 187. Изотермическое сечение диаграммы рис. 185 при температуре выше но ниже

Аналогичный трехфазный треугольник существует на стороне модели. В этом и последующих изотермических сечениях проекции отрезков эвтектических линий, лежащих выше плоскости сечения, обозначены пунктиром.

Изотермическое сечение при более низкой температуре, но находящееся несколько выше, чем тройная эвтектическая точка включает небольшую область жидкой фазы, ограниченную трехфазными треугольниками и тремя областями двухфазного равновесия (твердая фаза жидкость). Это сечение показано на рис. 188.

При температуре ниже тройной эвтектической точки жидкая фаза исчезает и три трехфазные треугольника (см. рис. 188) объединяются в трехфазный треугольник показанный на рис. 189. Изотермическое сечение, проходящее через тройную эвтектическую точку, показано на рис. 185.

На основании описанных выше закономерностей можно заключить, что ниже области сплошной жидкой фазы объемная модель (рис. 185) делится на различные области:

1. Около каждого вертикального ребра призмы расположен объем, соответствующий твердому раствору в рассматриваемом металле. При высоких температурах каждый из этих объемов ограничен поверхностью солидус.

Рис. 188. Изотермическое сечение диаграммы рис. 185 при температуре выше но ниже

Рис. 189. Изотермическое сечение диаграммы рис. 185 при температуре ниже тройной эвтектики

При температуре ниже температуры бинарной эвтектики поверхность солидус, ограничивающая фазу распадается на две части, соответствующие равновесию жидкость). Эти поверхности при различных температурах соединяются по линии, проходящей через углы трехфазного треугольника жидкость). Поверхность солидус, ограничивающая фазу С, расчленяется аналогичным образом. При температуре ниже температур бинарных эвтектик происходит подобное расщепление соответствующих поверхностей солидус. При температуре ниже тройной эвтектики жидкая фаза исчезает и объем каждого твердого раствора оказывается ограниченным двумя поверхностями, соответствующими двухфазному равновесию: например, объем фазы ограничен поверхностями

2. У каждой стороны пространственной модели при температуре ниже температуры бинарной эвтектики расположен объем, соответствующий двухфазным твердым сплавам, например или При температурах выше тройной эвтектической точки внутренние поверхности

этих двухфазных областей являются изогнутыми линейчатыми поверхностями. На такой поверхности можно вычертить горизонтальные прямые. При любой температуре эта горизонтальная прямая образует одну из сторон трехфазного треугольника жидкость). При температурах ниже тройной эвтектической точки поверхности двухфазных областей также представляют аналогичные линейчатые поверхности.

Рис. 190. Пространственное изображение тройной системы бинарные системы и которой образуют непрерывный ряд твердых растворов, а бинарная система эвтектику в точке Указаны две горизонтальные секущие плоскости в области твердого раствора В и плоскость, проходящая ниже точки

Горизонтальные прямые, проведенные через такие поверхности, ограничивают треугольники трехфазных твердых областей

Из п. 1 и 2 следует, что каждая из трехфазных областей образует внутри пространственной модели объем, ограниченный изогнутыми линейчатыми поверхностями.

Выше мы предположили, что три бинарные эвтектические линии встречаются в тройной эвтектической точке Однако если две бинарные эвтектические кривые встречаются в точке то из этого вовсе не следует, что и третья линия двойной эвтектики, исходящая из точки должна проходить через Можно допустить, что эта третья бинарная эвтектическая кривая из достигает только некоторой точки Можно показать, что из точки обязательно должна начинаться третья кривая, причем имеется несколько возможных путей ее развития. Эти случаи относятся к усложненным диаграммам, которые очень редко встречаются и поэтому здесь не рассматриваются.

Рассмотрим тройную диаграмму, показанную на рис. 190. Система простого эвтектического типа, в то время как системы образуют непрерывные ряды твердых Ликвидус и солидус системы понижаются от точки затвердевания А к точке затвердевания С, в то время как в системе имеется минимум на кривых ликвидус и солидус. Бинарная эвтектическая кривая, начинающаяся в точке может направляться или вверх или вниз соответственно характеру других бинарных систем. На рис. 190 мы предположили, что эта кривая спускается вниз.

Рис. 191. Изотермическое сечение диаграммы рис. 190, показывающее эвтектическую область

Рис. 192. Изотермическое сечеиие диаграммы рис. 190, показывающее эвтектическую область, но при более низкой температуре, чем сечение рис. 191

Так как каждая бинарная система образуют непрерывный ряд твердых растворов, эвтектическая линия в конце концов сольется с плавной поверхностью ликвидус твердого раствора.

Изотермическое сечение тройной модели при температуре ниже температуры двойной эвтектики системы но выше минимума системы будет включать область жидкой фазы около середины стороны треугольника и непрерывный ряд твердых растворов вдоль стороны (рис. 191). На этом рисунке точка у соответствует составу при котором бинарная эвтектическая кривая пересекает изотермичесую плоскость. Остальная часть диаграммы понятна без дальнейших объяснений. На рис. 190 показано положение рассматриваемого сечения относительно пространственной модели.

На рис. 192 приведено изотермическое сечение при более низкой температуре несколько выше точки, в которой исчезает

эвтектическая линия. Из сравнения рис. 192 с рис. 191 следует, что стороны ту и трехфазного треугольника жидкость) сблизились. На рис. 193 дано изотермическое сечение при температуре, при которой исчезает эвтектическая кривая. Здесь линия представляет последнюю стадию существования трехфазного треугольника жидкость). Если температура падает ниже этой точки, то области и жидкости приближаются к соответствующим сторонам треугольника (рис. 194).

Рис. 193. Изотермическое сечение диаграммы рис. 190 при температуре X, при которой эвтектическая впадина исчезает на поверхности ликвидус

Рис. 194. Изотермическое сечение диаграммы рис. 190 при температуре ниже, чем X

При еще более низкой температуре, когда жидкость полностью исчезнет, изотермическое сечение будет иметь вид, показанный на основании модели (рис. 190).

Следующей мы рассмотрим тройную систему (рис. 195), образованную двумя эвтектическими системами и системой в которой существует непрерывный ряд твердых растворов. При добавлении третьего компонента к бинарным системам бинарные эвтектические кривые могут или подниматься, или опускаться; при этом они могут или встречаться, или исчезать до встречи на поверхности ликвидус, исходящей от системы Диаграммы, получающиеся в этом случае, подобны диаграммам, разобранным выше, и поэтому мы их не будем рассматривать. Остановимся на случае, когда две бинарные эвтектические линии, начинающиеся от встречаются в точке на рис. 195 эти линии спроектированы на концентрационный треугольник Бинарные эвтектические линии представляют составы жидких фаз, находящихся

в равновесии с соответственно. Следовательно, точка соответствует составу жидкости, которая находится в равновесии с тремя твердыми фазами. Если изотермическое сечение берется при температуре тройной эвтектики то состав твердых фаз дается углами треугольника, например, треугольника на рис. 196.

Как указывалось выше, если бинарные эвтектические кривые, начинаясь от пересекаются в точке то от этой же точки должна начинаться третья линия, лежащая на поверхности ликвидус. Эта третья линия (см. рис. 195) сначала повышается от а затем выравнивается и сливается с поверхностью ликвидус у стороны модели.

Рис. 195. Тройная система состоящая из бинарной системы с непрерывным рядом твердых растворов и двух бинарных эвтектических систем (эвтектические кривые спроектированы на концентрационный треугольник)

Рис. 196. Изотермическое сечение диаграммы рис. 195, проходящее несколько ниже тройной эвтектической точки

Изотермическое сечение, проведенное через точку включает гомогенный твердый раствор С, гомогенный твердый раствор и две различные двухфазные области в которых твердый раствор С находится в равновесии с двумя рядами твердых растворов различного состава. Со стороны компонентов существует двухфазная область упирающаяся в углы треугольника При дальнейшем понижении температуры сохраняется этот характер диаграммы, и сечения при более низких температурах аналогичны сечению, показанному на рис. 196.

В изотермическом сечении, проходящем немного выше тройной эвтектической точки вокруг состава располагается

область жидкой фазы и появляется двухфазная область ограниченная двумя трехфазными треугольниками жидкость с твердым раствором различной концентрации (рис. 197).

Мы видели уже, что третья бинарная эвтектическая кривая повышается от точки и пересекает изотермическое сечение в точке х.

Рис. 197. Изотермическое сечение диаграммы рис. 195, проходящее несколько выше тройной эвтектической точки

Точка х является углом трехфазного треугольника (жидкость твердая фаза твердая фаза где два различных состава твердого раствора Остальная часть сечения, показанного на рис. 197, понятна без объяснений.

При переходе к более высоким температурам имеются две возможности:

1. Третья эвтектическая кривая выравнивается и сливается с узкой поверхностью ликвидус в точке X, которая лежит ниже температуры обеих бинарных эвтектических точек. В этом случае стороны трехфазного треугольника

на рис. 197 будут сближаться. При температуре X трехфазный треугольник исчезает.

Рис. 198. Изотермическое сечение диаграммы рис. 195, проходящее выше точки но ннже точек и

Рис. 199. Изотермическое сечение для случая, когда точка лежит выше температуры обеих бинарных эвтектических точек

На рис. 198 показано сечение при температуре немного большей, чем температура X (ниже точек

2. Точка X, при которой исчезает бинарная эвтектическая кривая лежит выше температуры обеих бинарных эвтектических точек. В этом случае при повышении температуры два трехфазных треугольника исчезнут раньше, чем трехфазный треугольник Такое изотермическое сечение приведено на рис. 199.

Как уже отмечалось выше, если имеются три бинарные эвтектические кривые (см. рис. 185), то они необязательно должны встретиться в точке тройной эвтектики. На рис. 200, а бинарные эвтектические кривые "из встречаются в точке а эвтектическая кривая из при этой же температуре достигает точки Теперь имеется несколько возможностей. От точки должна начинаться третья кривая. Эта кривая, так же как кривая из может исчезать на поверхности ликвидус. Существует и другая возможность: кривая из точки может пройти поверх «седла» (см. рис. 201) и соединиться с кривой из и другой кривой во вторую тройную

Рис. 200. Случаи, когда три бинарные эвтектические кривые из не встречаются в одной точке

эвтектическую точку На рис. 200, б показан другой пример. Здесь ликвидус повышается до максимума в центре треугольника, вызывая этим появление трех седел и трех тройных эвтектик. Эти примеры описываются для того, чтобы показать, что три бинарные эвтектические кривые необязательно пересекаются в одной общей точке. Однако такие примеры встречаются редко и мы не будем на них останавливаться.

Системы, имеющие промежуточные соединения

На рис. 201 показана тройная система В бинарной системе имеется промежуточная фаза которая образует с соответственно эвтектики В системах существуют бинарные эвтектики

Рис. 201. Тройная система , имеющая бинарные эвтектики тройные эвтектики седло и бинарное соединение (изотермическое сечение проведено через тройную эвтектику

Рис. 202. Поверхность ликвидус с изотермическими контурными линиями для тройной системы, показанной на рис. 201

В этом случае одна тройная эвтектическая точка соответствует равновесию:

а вторая тройная эвтектическая точка соответствует равновесию:

На диаграмме показано, что точка лежит при более высокой температуре, чем Сечение, проведенное на половине высоты, проходит через точку На рис. 202 наглядно показана поверхность ликвидус этой системы с нанесенными изотермическими горизонтальными линиями.

Изотермическое сечение в плоскости тройной эвтектики или выше ее понятно и не требует дальнейших объяснений; две тройные эвтектические точки связаны седлообразной кривой Рассмотрим область ниже седла. Наивысшая точка седла является максимумом на кривой между и в этой точке линия солидус области касается поверхности ликвидус.

Рис. 203. Вертикальное сечение диаграммы рис. 201, через точку В и точку, находящуюся рядом с

Рис. 204. Вертикальное сечение диаграммы рис. 201 вдоль линии

Кривая отделяет понижающуюся поверхность ликвидус высокоплавящегося соединения от поверхности ликвидус твердого раствора В. На рис. 203 показано такое вертикальное сечение, проведенное через точку В и точку, находящуюся рядом с точкой На рис. 204 дано другое сечение, проходящее через прямую соединяющую максимальные точки линейчатой поверхности, ограничивающей область Так как и В образуют твердые растворы, то плоскость сечения через не проходит через В и максимум соединения Поэтому между кривыми солидус существует разрыв на оси ординат. Из рассмотрения сечения, показанного на рис. 203, можно заключить, что выше области расположена трехфазная область жидкость). В сечении, проведенном через этой трехфазной области нет (см. рис. 204). На рис. 206 показано

изотермическое сечение, проходящее через точку а на рис. 206 — изотермическое сечение ниже точки но выше На рис. 206 видно, что имеются две области ликвидус: одна из них лежит выше обеих тройных эвтектических точек.

Рис. 205. Изотермическое сечение диаграммы рис. 201, проходящее через точку

Рис. 206. Изотермическое сечеиие диаграммы на рис. 201, проходящее ниже но выше

Между областями ликвидус расположены два трехфазных треугольника жидкость) и двухфазная область На показано изотермическое сечение, проходящее через точку При этой температуре одна область ликвидус уже исчезла и трехфазный треугольник граничит теперь с областью

Рис. 207. Изотермическое сечение диаграммы рис. 201, проходящее через тройную эвтектику

При температуре ниже область ликвидус исчезает, стороны трехфазного треугольника (жидкость соединяются и остается двухфазная область Ясно, что область может находиться ниже линии пространственной модели, показанной на рис. 201. Чтобы не усложнять чертеж, горизонтальная плоскость, проходящая через точку на рис. 201 не показана.

Аналогичное рассмотрение производится, если в системе имеется тройная фаза, т. е. такая фаза, которой нет ни в одной из бинарных систем, составляющих данную тройную систему. В таком случае мы можем себе представить, что купол (см. рис. 201) продвигается к середине диаграммы, в то время как кривые и образуют простую бинарную эвтектику системы Тогда получается три тройные эвтектики, соответствующие превращениям:

и

где тройная фаза. Общее представление об этом будет понятнее из рассмотрения рис. 200, б. Однако описываемая система очень сложна и ее трудно ясно представить в двухмерном виде. Читатель лучше ее поймет, если изготовит пространственную модель.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление