Гоувпо «воронежская государственная технологическая академия» Ю. П. Земсков, Л. Б. Лихачева

Диаграммы состояния сплавов с превращениями в твердом состоянии (вторичная кристаллизация).
Превращения в твердом состоянии дают возможность изменять структуру и свойства сплавов с помощью термической обработки.
Переменная растворимость компонентов друг в друге.
На рис. 5 изображена диаграмма состояния, в которой компонент В ограниченно растворяется в компоненте А, образуя твердый раствор.

Рис. 5. Диаграмма состояния, в которой компонент В ограниченно растворяется в компоненте А

При эвтектической температуре t_э в твердом растворе ά растворяется компонент В в количестве, определяемом Аа (максимальная растворимость). С понижением температуры концентрация твердого раствора ά изменяется по линии an. При температуре t₀ растворимость компонента В в твердом растворе ά будет определяться отрезком Аn (минимальная растворимость). Таким образом, с понижением температуры количество компонента В в твердом растворе ά уменьшается. Выделившиеся из твердого раствора ά атомы компонента В образуют кристаллы В_II, которые называются вторичными. Вторичные кристаллы более мелкие по сравнению с первичными и могут выделяться либо по границам зерен, либо по всему объему зерна. Сплавы концентрации Аn имеют однофазное строение ά-твердого раствора и они не претерпевают превращений в твердои состоянии. В сплавах концентрации na в сплаве I при кристаллизации в интервале температур 3 – 4 выделяются из твердого раствора вторичные кристаллы В_II. Максимальное количество В_II будет в сплаве концентрации Аа. В доэвтектическом сплаве II помимо ά и В_II при t_э кристаллизуется эвтектика. Сплав I и частично сплав II имеют превращения в твердом состоянии, значит, являются термически упрочненными.
В сплаве III (заэвтектическом) кристаллизация начинается с выделением в интервале температур 8 – 9 первичных кристаллов компонента В_I . Заканчивается кристаллизация образованием эвтектики (ά +β).
Полиморфные превращения.
Полиморфизм (аллотропия) –способность компонентов с изменением температуры менять свою кристаллическую решетку. Перекристаллизация, связанная с изменением кристаллических решеток компонентов, сказывается на процессе кристаллизации сплавов, а значит и на виде диаграмм состояний.
В принципе тип диаграммы состояния при вторичной кристаллизации будет зависеть от различия свойств компонентов после полиморфного превращения.
Если после перекристаллизации свойства компонентов будут близки, то возможна неограниченная растворимость. Если же свойства у компонентов различные, то возможны образование ограниченной растворимостью компонентов друг в друге, распад твердого раствора с образованием смеси, образование устойчивого и неустойчивого химического соединения и т. д.
На рис. 6 изображены различные варианты диаграмм состояния I – IV, в которых при кристаллизации из жидкого состояния высокотемпературные модификации компонентов вблизи по своим свойствам и дают неограниченную растворимость друг в друге с образованием твердого раствора ά..
В системе при температуре t₁ происходят полиморфные превращения в компонентах А, С, Е, К, М, Р. В системе I компонент А до температуры t₁ имеет кристаллическую решетку компонента А_I. При температуре t₁ происходит превращение решетки А_I в А₂. Компоненты В, Д, F, N изменяют кристаллическую решетки при температуре t_2, компонент R – при температурах t₂ и t₃ . В системе I после полиморфного превращения компонентов А_I и В_I свойства низкотемпературных модификаций компонентов А₂ и В₂ также близки и они дают неограниченную растворимость β – твердый раствор с кристаллической решеткой, отличной от твердого раствора ά.
В системе II после изменения кристаллических решеток у компонентов С и Д их свойства оказались различными. Они не растворяются друг в друге. Твердый раствор ά распался на смесь кристаллов компонентов С₂ и Д₂ Превращение на линии аес является эвтектоидным ά Э (С₂ + Д₂ ). Эвтектоидная смесь более дисперсная (мелкая), чем эвтектическая, полученная в результате распада жидкости.
В системе III компоненты E и P после полиморфного превращения при температуре t₁ и t₂ ограниченно растворяются друг в друге, образуя твердые растворы β и γ. В интервале концентраций ас твердый раствор ά распадается с образованием механической смеси, состоявшей из β и γ кристаллов. В этой же диаграмме по линии аn с уменьшением температуры понижается растворимость компонента F в E из твердого раствора β выпадают вторичные кристаллы γ_II.

Рис. 6. Диаграммы состояния различных сплавов

В системе IV и V на линиях рdв происходит перитектоидные превращения соответственно с образованием твердого раствора β и неустойчивого химического соединения типа M_t N_e.
В системе IV по линии вn изменяется растворимость компонентов К и L с выделением из γ твердого раствора вторичных (мелких) кристаллов β_II.
В диаграмме V также образуются химические соединения M_K N_S, а на линиях аес и а₁е₁с₁ происходят эвтектоидные превращения.
В системе VI компонент Р претерпевает одно полиморфное превращение при температуре t₁, а компонент R – дважды при температурах t₂ и t₃. Компонент с решеткой Р₁ близок по строению и свойствам к компоненту с решеткой R₁ и они неограниченно растворяются друг в друге, образуя твердый раствор ά.. Компоненты с решетками Р₂ и R₂ дают ограниченные растворы β и γ.
Распад твердого раствора с образованием промежуточной фазы. Такую диаграмму образует железо-хром (см. рис. 7).

Рис. 7. Диаграмма состояния системы типа Fe-Cr

Твердый раствор ά распадается с образованием σ-фазу. Она представляет собой твердый раствор на базе химического соединения А_mВ_n, который существует в интервале концентраций ав.