ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Процесс кристаллизации сплавов из "Термист " Большинство металлов может образовывать сплавы друг с другом. Количество сплавов, образуемых двумя какими-либо металлами, бесконечно велико. Например, при сплавлении меди с никелем можно составить сплавы, содержащие 1% никеля, 2% никеля и т. д. до 99%. Уже получается 99 различных сплавов. Но ведь можно составить сплавы, содержащие не целые, а дробные количества никеля 0,8, 2,75, 18,3% и т. д.— количество таких сплавов бесконечно велико. И вот перед металловедами возникла новая трудность как же изучить и как записать если уж не все свойства, то хотя бы температуры затвердевания всего этого бесчисленного количества сплавов На помощь пришел очень простой графический способ, известный под названием диаграмм состояния. Диаграммы состояния дают графическую зависимость между состоянием сплава (жидкий, затвердевающий, твердый, однородный, неоднородный и т. д.), его химическим составом и температурой. [c.58] В определенном масштабе время, а по вертикальной оси — температуру. Соединив плавной кривой отложенные точки, получают кривую охлаждения сплава. [c.59] Кривая охлаждения состоит из трех участков аб, бв и вг, отделенных один от другого двумя точками перегиба бив. Участок аб соответствует охлаждению жидкого сплава, участок бв — процессу кристаллизации (затвердевания) и участок вг — охлаждению затвердевшего сплава. Из этой кривой охлаждения следует, что в отличие от чистых металлов, затвердевающих при постоянной температуре, сплавы (точнее, большинство сплавов) затвердевают в интервале температур. Так, наш сплав меди с 10% никеля начинает затвердевать при 1140°, а полностью затвердевает при 1100°. [c.59] Почему участок кривой бв получается более пологим, чем остальные два участка Потому, очевидно, что в процессе кристаллизации охлаждение происходит с меньшей скоростью. А происходит оно медленнее потому, что процесс кристаллизации сопровождается выделением тепла (вспомните из курса физики про теплоту плавления). Отметим, что вообще всякие превращения в сплавах, каковы бы они ни были, всегда сопровождаются выделением или поглощением тепла. Эти процессы непременно отражаются на кривой охлаждения на ней появляются перегибы. Увидев на кривой охлаждения перегиб, мы можем быть совершенно уверены, что в сплаве при соответствующей температуре произошло какое-то превращение. Остается лишь выяснить, какое именно. [c.59] Для того чтобы построить диаграмму состояния сплавов меди с никелем, необходимо получить кривые охлаждения для возможно большего количества сплавов (чем больше будет кривых охлаждения, тем точнее получится диаграмма состояния). Для нашего примера допустим, что было взято 9 сплавов меди с никелем и что было получено 9 кривых охлаждения. Сведем результаты наших опытов в табл. 2. [c.59] Диаграмма построена по данным опытов (см. фиг. 37). Для каждого исследованного сплава проведена на диаграмме его вертикаль и на ней отложены, две точки бив — точки перегибов на кривых охлаждения (фиг. 37). Все точки б, как имеющие одинаковый физический смысл 1(начада затвердевания), соединены между собой плавной линией. На том же основании соединены между собою и все точки в. [c.60] Соединив теперь между собой плавными линиями точки, имеющие одинаковый физический смысл (точки А—б—б и т. д.— начало затвердевания сплавов и точки А—в—в и т. д.— конец затвердевания сплавов), получим диаграмму состояния сплавов меди с нике--лем (фиг. 38). Так строятся диаграммы состояния. [c.60] Имея диаграмму состояния, можно, не производя никаких дополнительных экспериментов, точно определить температуры начала и конца затвердевания или температуры начала и конца плавления сплава любого состава. Но этим отнюдь не исчерпывается значение диаграмм состояния. Их значение гораздо шире. [c.60] Некоторые узлы в решетке сплавов меди с 1П1келем остаются свободными или, как обычно принято говорить, вакантными. Каждый узел может быть занят либо атомом меди, либо атомом никеля. Это безразлично атомы в таких сплавах, как сплавы меди с никелем, взаимозаменяемы. А благодаря наличию вакантных узлов ьозможно перемещение атомов внутри затвердевшего сплава. Происходит это так вакантное место занимает атом меди, переместившийся сюда из какого-нибудь соседнего узла. Тогда тот узел стал вакантным. На то вакантное место переместился, допустим, атом никеля, освободив тот узел, который он занимал, и так далее. Так происходит диффузия в твердых сплавах. [c.61] Такие сплавы, кристаллическая решетка которых состоит из атомов двух (или нескольких) металлов, называются твердыми растворами. [c.61] Рассмотрим теперь сплавы свинца с сурьмой. Диаграмма состояния этих сплавов приведена на фиг. 40. Нетрудно догадаться (по аналогии с диаграммой на фиг. 38), что верхняя кривая изображает температуры начала затвердевания, а нижняя — конца затвердевания. Больше ничего пока мы не знаем об этой диаграмме состояния. [c.62] Если требуется узнать содержание сурьмы в жидкой части сплава при температуре /з, соответству.юи ей точке 3, то поступают так проводят через точку 3 горизонталь до пересечения с линией ЛС в точке 4 и проектируют ее на горизонтальную ось точка 4 укажет процентное содерл ание сурьмы в жидкой части сплава при температуре /з. Оно равно 10%. В момент, непосредственно предшествую-ш,ий окончательному затвердеванию (точка 5 на диаграмме), наш сплав состоит из кристаллов свинца и жидкой части сплава, содержание сурьмы в которой будет соответствовать точке С (т. е. 13%). Прервем временно рассмотрение процесса кристаллизации нашего сплава и рассмотрим процесс кристаллизации сплава, содержащего 60% сурьмы (линия 11 на диаграмме). [c.63] Расплавим этот сплав, нагреем до температуры 650° (точка 6 на диаграмме) и начнем его охлаждать. Когда температура сплава достигнет 550° (точка 7 на диаграмме), начнется кристаллизация сплава. Если снова вычерпать из сплава образовавшиеся кристаллы и произвести их химический анализ, то окажется, что это кристаллы сурьмы. Так как часть атомов сурьмы пошла на образование кристаллов, то, значит, содержание сурьмы в оставшейся жидкой части уменьшилось. Чтобы узнать процентное содержание сурьмы в жидкой части сплава при какой-нибудь температуре надо, как и в предыдущем случае, через точку 8 (соответствуюпгую-температуре и) провести линию в сторону уменьшения содержания сурьмы, т. е. влево, до пересечения с линией СВ диаграммы, и полученную точку 9 спроектировать на горизонтальную ось. Точка 9 и покажет содержание сурьмы в жидкой части сплава при температуре 4. Оно равно 30%. При температуре, непосредственно предшествующей окончательному затвердеванию (точка /О диаграммы), сплав II состоит из кристаллов сурьмы и жидкой части сплава, содержание сурьмы в которой будет соответствовать точке С (т. е. 13%). [c.63] На фиг. 4 схематически показаны структуры трех сплавов свинца с сурьмой. После всего сказанного р.азобраться в этих структурах нетрудно. [c.64] Вернуться к основной статье