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

Диаграммы с перитектиками

Число возможных комбинаций перитектик с эвтектиками или перитектик с перитектиками велико. Здесь мы рассмотрим лишь следующие случаи образования тройных систем: а) одна бинарная перитектика и два непрерывных ряда твердых растворов и б) одна бинарная перитектика и две бинарные эвтектики.

Сначала изучим природу перитектической реакции в тройной системе. На рис. 208 показано основание пространственной модели тройной системы и бинарная система Если система перитектического типа, то являются проекциями на основание треугольника. На перитектической горизонтали происходит следующая реакция:

Точки дают составы трех фаз бинарной системы, находящихся в равновесии при перитектической температуре. При добавлении к двойной системе третьего компонента С трехфазная область делается одновариантной и перитектическая точка дает начало перитектической линии в пространственной модели. Ее проекцией на рис. 208 будет линия Таким же образом линии являются проекциями линий, показывающих составы двух твердых фаз, участвующих в

перитектической реакции. При любой температуре, например при существует трехфазный треугольник и при дальнейшем охлаждении будет происходить реакция:

Стрелки на рис. 208 указывают нацравление изменения состава фаз с понижением температуры.

Если при образовании твердой фазы состава она выделилась из жидкости состава то состав жидкости будет изменяться в направлении прямой линии

Рис. 208. Проекции (на основание модели) линий, показывающих составы фаз, принимающих участие в перитектической реакции

Рис. 209. Изменение характера реакции в тройной системе (перитектическая реакция переходит в эвтектическую)

Аналогично, если твердая фаза состава выделилась из твердой фазы состава то состав твердой фазы А будет изменяться в направлении прямой линии Следовательно, когда твердая фаза состава образуется при реакции между жидкостью состава и твердой фазой состава проекция линии за точкой должна лежать внутри угла В случае, показанном на рис. 208, это условие выполняется, но это необязательно; поверхности ликвидус и солидус могут искривляться так, что перитектическая реакция перейдет в эвтектическую. На рис. проекция линии, начинающейся от перитектической

точки на пространственной модели, в то время как соответствующие линии, начинающиеся из точек (см. рис. 208).

В изотермическом сечении при температуре трехфазный треугольник соответствует перитектичеекой реакции, при которой твердая фаза состава образуется из жидкости состава и твердой фазы состава При более низкой температуре где линия, соединяющая точки является касательной к линии (см. рис. 209), образование твердой фазы состава из жидкости будет изменять ее состав в направлении стрелки. Если направление стрелки совпадает с направлением линии ррфгръ, твердая фаза состава находится в равновесии с твердой фазой состава и жидкостью состава но в реакции участия не принимает. При температуре направления линий и стрелок такие, что трехфазное равновесие оказывается равновесием эвтектического типа, при котором жидкость состава распадается на твердую фазу состава и твердую фазу состава таким образом, перитектическая реакция становится эвтектической. Соответствующие примеры диаграмм этого типа показаны на рис. 221—223 (см. стр. 347 — 348).

Теперь мы можем рассмотреть тройную систему состоящую из двух бинарных систем с неограниченными твердыми растворами и одной бинарной перитектичеекой системы. На рис. 210 приведен чертеж объемной модели этой системы Перитектическая реакция происходит в бинарной системе Два металла образуют твердые растворы, обозначенные соответственно Двухфазная область показана на рис. 210. Так как системы образуют непрерывные твердые растворы, перитектическая линия исчезает на поверхности ликвидус в точке На изотермических сечениях (рис. 211—213) перитектическая линия дана в виде проекций. Перитектическая линия пересекает изотермическое сечение (рис. 211) в точке х, находящейся на основании трехфазного треугольника жидкость). Таким образом, линии являются проекциями частей перитектичеекой линии, которые лежат выше и ниже рассматриваемого изотермического сечения. Проекция части лежащей выше сечения, показана пунктирной линией. Изотермические сечения, взятые в области, где существует перитектическая реакция, будут иметь вид, приведенный на рис. 211. Такие сечения включают области жидкость), жидкость), жидкость) и При понижении температуры площадь трехфазного

треугольника жидкость) становится меньше. В изотермическом сечении при температуре перитектичеокая линия исчезает на поверхности ликвидус, а две стороны треугольника сливаются и превращаются в линию, соединяющую точку X с точкой находящейся на поверхности, ограничивающей область Точная форма диаграммы при этой температуре будет зависеть от характера кривых ликвидус и солидус трех составляющих бинарных систем.

Рис. 210. Тройная система, состоящая из двух бинарных систем с неограниченными твердыми растворами и бинарной системы с превращением перитектического типа

Рис. 211. Изотермическое сечение диаграммы рис. 210, пересекающее перитектическую линию

Если самая низкая точка, при которой может существовать жидкость, расположена в углу С тройной диаграммы, то изотермическое сечение при температуре будет иметь вид, показанный на рис. 212. Иначе говоря, при застывании последняя жидкость окажется там, где ликвидус образует минимум. В этом случае изотермическое сечение при температуре может иметь вид, приведенный на рис. 213. При этой температуре и при всех более низких температурах область ограничивается плавной кривой, и сечение при температуре ниже будет похоже на основание модели на рис. 210.

Рассмотренный простой случай дает представление о форме тройной диаграммы, имеющей перитектическую реакцию.

Теперь мы приступим к описанию тройной системы, которая образуется двумя бинарными эвтектическими и одной бинарной перитектичеокой системой. И здесь возможно множество вариантов, но мы разберем лишь три случая. В первых двух реакция сохраняет свой перитектический характер до конца затвердевания, а в третьем перитектическое превращение переходит в эвтектическое.

Рис. 212. Изотермическое сечение диаграммы рис. 210 при температуре X, при которой на поверхности ликвидус исчезает перитектическая впадина

Рис. 213. Изотермическое сечение диаграммы (рис. 212), имеющее место в том случае, если на поверхности ликвидус находится углубление, в котором исчезает перитектическая впадина

Мы уже показали, что если три бинарные эвтектики образуют тройную эвтектику, то последняя жидкость присутствует в тройной эвтектической плоскости внутри треугольника Возможен, однако, и другой случай, если вместо одной из бинарных эвтектик в системе существует перитектика, которая не обращается в эвтектику при температуре выше тройной эвтектической плоскости.

На рис. 214 показана система с эвтектическими и перитектической кривыми, спроектированными на основание треугольника тройной системы. В бинарной системе при температуре происходит перитектическая реакция. Системы образуют при температурах бинарные эвтектики, причем

Как бинарные, эвтектические, так и перитектическая кривые опускаются по мере продвижения вглубь диаграммы; это показано стрелками на рис. 214. Последующее рассмотрение

изотермических сечений покажет, что эвтектическая линия не может спуститься прямо из точки к точке X (где встречаются перитектическая кривая из и эвтектическая кривая из если перитектическая кривая не становится по характеру эвтектической. Третья кривая, исходящая из точки X, должна опускаться прямо к бинарной системе как бинарная эвтектическая кривая этой системы (рис. 219), либо должна спадать к минимуму или к впадине, где она может встретить эвтектическую линию, спускающуюся из точки

Рис. 214. Тройная система показывающая перитектические и эвтектические кривые, спроектированные на треугольник концентраций

Рассмотрим сначала сечение при температуре немного ниже (рис. 215). Эвтектическая кривая, идущая из точки бинарной системы, пересекается изотермическим сечением в точке Сечение включает трехфазный треугольник жидкость) и область так что эта часть диаграммы похожа на уже описанную типичную эвтектическую диаграмму. Так как температура находится выше точки плавления компонента А, в углу А изотермического сечения расположена однофазная область жидкости, а вдоль стороны треугольника следующие фазовые области: (жидкость),

(жидкость и На рис. 214 видно, что в бинарной системе температурная горизонталь последовательно проходит черев фазовые области (жидкость), и (жидкость .

Каждая из этих областей проектируется на треугольник изотермического сечения в виде некоторой площади. Таким образом имеется маленькая гомогенная область фазы А, границы которой соответствуют равновесию с жидкостью с одной стороны и с твердой фазой С — с другой. Точка а, где встречаются эти две границы, является углом трехфазного треугольника . В точке перитектическая линия, начинающаяся из пересекает изотермическое сечение при температуре Два трехфазных треугольника разделяются двухфазной областью -кость).

Рис. 215. Изотермическое сечение тройной системы рис. 214 при температуре (в этом сечении для ясности чертежа расстояния показаны большими, чем в действительности при

Когда температура опускается ниже сечения точки и с на границе фазы С (см. рис. 215) будут сближаться, а перитектическая точка будет двигаться к эвтектической точке до тех пор, пока они не встретятся в точке X (рис. 216) при температуре

При этой температуре существует четырехфазная безвариантная система, соответствующая следующему равновесию:

Изотермическое сечение при температуре показано на рис. 216. Для сравнения на рис. 217 приведено сечение при несколько более низкой температуре. Чтобы могла существовать четырехфазная безвариантная система этого типа, точка X должна лежать снаружи треугольника (см. рис. 216).

Если точка X окажется внутри треугольника то перитектика при понижении температуры станет по характеру эвтектикой.

Реакция твердой фазы и жидкости X приводит к образованию смеси, состав которой лежит на прямой линии, соединяющей эти две точки. Эта смесь состоит из твердых фаз составов количественное соотношение между которыми определяется точкой у на рис. 216. Следовательно, сплавы, составы которых лежат внутри треугольника окажутся полностью затвердевшими (твердая фаза твердая фаза твердая фаза С) после охлаждения ниже температуры четырехфазной горизонтальной плоскости.

Рис. 216. Изотермическое сечение тройной системы рис. 214 при температуре показывающее четырехфазиую безвариантную систему

Рис. 217. Изотермическое сечение тройной системы рис. 214 при температуре немного ниже

Сплавы, составы которых лежат внутри треугольника будут содержать жидкость и лежать в области (жидкость твердая фаза твердая фаза В). Поэтому, если реакция сохраняет свой перитектичеокий характер в тройной плоскости, то третья кривая, выходящая из точки X, не может непосредственно идти к точке бинарной эвтектики, находящейся на стороне Эта кривая может спускаться от точки X к как эвтектическая только при условии, что точка лежит при более низкой температуре, чем температура четырехфазной реакции (см., например, рис. 219). Если точка лежит при более высокой температуре чем X, тогда кривая, опускающаяся из X, и эвтектическая кривая из точки могут или исчезать не встречаясь, или образовать с другой кривой тройную эвтектику, или встретиться

плавно во впадине. В последнем случае изотермическое сеченис, проходящее при температуре t (ниже, чем четырехфазная реакция, но выше минимума на ликвидусе при будет иметь вид, показанный на рис. 217. Выше точки оказывается последняя остающаяся жидкость, которая ограничена двухфазными областями (+жидкость) и (В + жидкость). Между жидкостью и стороной треугольника лежит трехфазная область (+жидкость) и двухфазная область в то время как имеются также другие области -жидкость) и простирающиеся от жидкости в направлении треугольника

Рис. 218. Изотермическое сечение тройной системы рис. 214 при низкой температуре после исчезновения жидкой фазы

Рис. 219. Тройная система состоящая из двух бинарных эвтектических систем и одной перитектической. В плоскости четырехфазной безвариантной реакции показано изотермическое сечение

При дальнейшем понижении температуры впадины исчезают и последовательность фаз будет аналогична показанной на рис. 191 —194. На рис. 218 показано сечение при низкой температуре после исчезновения жидкой фазы.

Пример, описанный выше, не относится к какой-либо реальной системе и выбран лишь для того, чтобы иллюстрировать поведение перитектик в тройных сплавах.

На рис. 219 показан более вероятный случай, когда перитектическая реакция сохраняет свой характер ниже плоскости четырехфазной реакции. Здесь эвтектическая впадина поднимается непосредственно от бинарной эвтектики в системе к точке X, в которой встречаются перитектическая впадина и эвтектическая впадина На том же рисунке изображено изотермическое сечение в плоскости четырехфазной реакции, представляемой площадью Сечение несколько выше температуры бинарной эвтектики показано на рис. 220.

Рис. 220. Изотермическое сечение тройной системы рис. 219 при температуре несколько выше бинарной эвтектики

Рис. 221. Пространственное изображение тройной системы состоящей из двух бинарных эвтектических и одной бинарной перитектической систем. При распространении перитектической реакции вглубь диаграммы она изменяется и по характеру становится эвтектической. Показано изотермическое сечение для тройной эвтектической плоскости X

При дальнейшем понижении температуры последняя жидкость исчезает в точке В свете того, что уже было сказано, этот случай должен быть ясен из рассмотрения рис. 219 и не требует дальнейшего описания.

Когда перитектическая реакция теряет свой перитектический характер и становится реакцией эвтектического типа, диаграмма имеет эвтектическую плоскость, где встречаются три кривые. Мы уже рассматривали случай, когда перитектическая реакция

переходит в эвтектическую. Остается только показать тройную систему, в которой имеются эти изменения.

На рис. 221 изображена тройная система в которой перитектическая впадина, начинающаяся от точки в бинарной системе и эвтектические впадины, начинающиеся в системе и в в системе понижаются при добавлении третьего компонента. Эти три впадины встречаются в точке X тройной эвтектической плоскости. Изотермическое сечение, проведенное через эту плоскость, показано на пространственной модели.

Рис. 222. Изотермическое сечение диаграммы рис. 221, в котором показан переход перитектики в эвтектику

Рис. 223. Изотермическое сеченис диаграммы рис. 221 при температуре немного выше темературы X тройной эвтектической плоскости

Если температура перитектической реакции в системе а температуры образования эвтектик в системах и и если то изотермическое сечение при температуре которая немного ниже 73, будет подобно сечению, показанному на рис. 215, так как при этой температуре реакция еще сохраняет свой перитектический характер. Однако наклон границы областей будет отличаться от наклона соответствующей границы на рис. 215; это является следствием перехода при низких температурах перитектической реакции в эвтектическую.

На рис. 222 приведено сечение при температуре при которой перитектика становится по характеру эвтектикой. Можно сравнить рис. 222 с рис. 209, на котором точки, помеченные буквами имеют такое же значение. Элементы сечения

рис. 222 уже были показаны на Других рисунках. На рис. 223 показано сечение, проходящее несколько выше тройной плоокости. Сечение, совпадающее с тройной плоскостью, аналогично сечениям, приведенным на рис. 188—189, и не требует специального объяснения.

Рассмотренные системы полностью не исчерпывают возможных типов тройных диаграмм; поэтому читатель, интересующийся более детальными сведениями, должен обратиться к монографии по этому вопросу [198].

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление