Фазовые превращения сплавов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Задание 1

Задание 2

Задание 3

Задание 1

Указать фазовый состав всех областей диаграммы состояния. Указать химические соединения в предложенной системе и записать реакции. Провести анализ фазовых превращений для сплавов указанного состава.

Решение:

Рис. 1

Рис. 2 - Диаграмма состояния

Как видно из диаграммы, температура плавления чистой меди 10830С. При увеличении содержания бария температура начала и конца затвердевания сплавов понижается, достигая минимума. На диаграмме он соответствует 8600С и концентрации 5,25% Bа и лежит над однородной областью - фазы. При дальнейшем увеличении содержания бария температура начала и конца затвердевания сплавов повышается. В системе Cu - Bа (с содержанием Bа до 30%). По Н.Х. Абрикосову, фазы являются единым барилидом (химическим соединением переменного состава), а сплав, отвечающий химическому соединению CuBа, лежит за пределами области однородного твердого раствора [2]. Фаза представляет собой твердый раствор Bа в Cu, с максимальной растворимостью Bа составляющей 2,7% при температуре 8660С. При этих условиях она имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку с периодом 3,566. Растворимость Bа с понижением температуры снижается, его значение изменяется по кривым ВА и AL, и при температуре эвтектоидного распада фазы она равна 1,55%, при 3500С - менее 0,4%.  При 8660С в интервале концентраций бария 2,75 - 4,2% по перитектоидной реакции между - фазой и жидкостью образуется фаза . Сплавы, содержащие от 2,75 до 4,2% (по массе) бария, имеют одинаковую температуру конца затвердевания около 8660С (1139К) - линия BD соответственно. Микроструктура этих сплавов после закалки с 8400С состоит из + фазы. При увеличении содержания бария температура начала и конца затвердевания сплавов понижается. Минимальное значение, как указывалось ранее, достигается при температуре 8600С и концентрации 5,25% Bа и лежит на диаграмме состояния над однородной областью -фазы. При этой концентрации температура начала и конца превращения совпадают и оно идет не в интервале температур, а при постоянной температуре. Если дальше увеличивать содержание бериллия, то превращение снова идет в интервале температур и температура начала и конца затвердевания сплавов повышается. Микроструктура сплавов, содержащих от 4,3 до 8,4% (по массе) Bа, после закалки с температуры 8400С состоит из одних кристаллов. Фаза выше линии AFG 9300С (условно принятая средняя температура распада этой фазы) - неупорядоченный твердый раствор бария в меди. Период его неупорядоченной объемно-центрированной кубической решетки при содержании 7,2% Bа и температуре 7500С равен 2,79%.

При закалке с температуры 8400С сплавов с содержанием бария больше на 8,4%, вплоть до 11% микроструктура состоит из кристаллов. В гомогенной области -фаза содержит от 11,3 до 12,3% Be. Она представляет собой упорядоченную фазу на основе интерметаллида CuBа с упорядоченной объемно-центрированной кубической решеткой типа CsCl и периодом 2,69-2,7%. Эта фаза получается при реакциях: выделение из -фазы в интервале температур 605 - 8700С и концентраций 6 - 11%Вф - по линии FH; эвтектоидное превращение -фазы при температуре 6050С и концентрациях 1,5-11,5%Ва - AFG соответственно.

Ниже линии эвтектоидного равновесия (линия AFG), в интервале концентраций бария 0,2-11,5% (интервал L-N) идет реакция выделения: при которой из пересыщенной барием фазы выделяется фаза с большим его содержанием. В системе имеются перитектическое (2,75 - 4,2% Bа) и эвтектоидное (1,5 - 11,5% Bа) равновесия, при 866 и 6050С соответственно, имеются фазовые превращения типа растворение-выделение, ввиду ограниченной растворимости Bа в различных модификациях меди.

Теперь рассмотрим превращения, происходящие конкретно в сплаве Cu + 2,3%Bа.

В сплаве 1 со снижением температуры с 1000 до 9800С не происходит никаких превращений (область существования только жидкой фазы), дальше в интервале S-Q (980-8750С) идет кристаллизация из жидкости кристаллов, при этом состав жидкости меняется по линии ликвидус, а кристаллов по солидус. Как видно из диаграммы, при этом и жидкость и кристаллическая фаза обогащаются Ва, судя из характера расположения этих линий, соответственно количество бериллия в центре кристалла и на его поверхности различное, т.е. существует ликвация Ва как в объеме сплава, так и по самой дендритной ячейке. В интервале температур Q-R (875-7400С) существует одна, а после, при охлаждении примерно до 6050С, идет обеднение фазы барием по линии ВA и выделение. При охлаждении ниже 6050С в выделявшемся доселе неупорядоченном твердом растворе замещения при эвтектоидном превращении идет упорядочение - образование фазы: атомы меди располагаются преимущественно в узлах решетки, а атомы бария - в центре [1]. Хотя в реальном кристалле этот порядок точно не соблюдается: атомы меди могут занять места бериллия и наоборот. Рентгенограммы в системе Cu-Bа выявляют линии сверхструктуры, которые отсутствуют. После прохождения эвтектоидной реакции в сплаве находится три вида фаз: фаза, которая образовалась при кристаллизации, -фаза, которая образовалась при эвтектоидной реакции из -фазы, и -фаза, которая также образовалась при эвтектоидном превращении. При дальнейшем охлаждении в интервале 605-200С идет также обеднение.

Как видно из диаграммы состояния, в сплаве 1 (Cu+2,3%Bа) в твердом состоянии происходит 2-а фазовых превращения. Это растворение-выделение и эвтектоидное. Рассмотрим их:

при температурах, ниже 740С (интервал R- U на рис.1) идут реакции выделения из -фазы и -фазы:

;

при температуре 605С (т. Y на рис. 1) идет эвтектоидная реакция упорядочения -фазы:

;

Из жидкости, в интервале температур 980-875С (интервал S-Q на рис. 1) идет реакция выделения кристаллов -фазы:

.

И при температуре солидуса (т. Q) равной 875С сплав полностью состоит из кристаллов -фазы.

Полученные в разделе данные сводим в таблицу:

Табл. 1 - Основные исходные данные по сплаву Cu+2,3%Bа

медь барий сплав лужение

Задание 2