Ликвация в сталях

Точка встречи коноды и линии ликвидус (т. б) описывает равновесное состояние жидкости, то есть её химический состав (Ж-фаза содержит: 43% В, остальное - 57% А).

При t₄ - жидкость имеет состав точки - д, а a- твердый раствор имеет состав точки - г.

При температуре t₅ процесс кристаллизации заканчивается.

Таким образом, делаем вывод: состав твердой фазы изменяется по линии солидус (от точки s до точки t₅), а состав Ж фазы изменяется по линии ликвидус (от точки t₂ до точки е).

В процессе кристаллизации изменяется не только состав фаз, но и количественное состояние между ними. Для определения количественных соотношений фаз, находящихся в равновесии при данной температуре пользуются вторым правилом отрезков (или рычага).

 

2.4 Второе правило отрезков (правило рычага)

 

Для того чтобы определить количественное соотношение фаз, через  заданную точку проводят горизонтальную линию (коноду). Отрезки этой линии  между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно  пропорциональны количествам этих фаз.

Для температуры t₃:

точка 3 определяет состояние  сплава, точка б - состав Ж фазы; точка а - состав a - твердой фазы, отрезок ба - определяет всё количество сплава (конода, её длину принимают за 100% объёма сплава); отрезок 3а характеризует количество жидкой фазы; отрезок б3 определяет количество кристаллов (a - твердой фазы).

 

a_а = 3б/ба*100%=30/100*100%=30%,

Ж_б=3а/ба*100%=70/100*100%=70%,

Ж_б=100-a_а=100% -30%=70%.

При t4: a_г =4д/дг*100% = 60/100*100% = 60%,

Ж_д=4г/дг*100% = 40/100*100% = 40%,

Ж_г=100/дг*100% = 100% -60% = 40%.

 

Отрезки, примыкающие  к жидкой фазе, характеризуют количество твердой фазы. Отрезок коноды, примыкающий  к твердой фазе, характеризует  количество жидкой фазы.

Окончание затвердевания  сплава соответствует температуре t₅. Выделяющиеся кристаллы твердого раствора имеют переменный состав, зависящий от температуры (t₂: a_s; t₃: a_а; t₄: a_г; t₅: a₅).

Однако при медленном  охлаждении процессы диффузии в жидкой и твердой фазе (объемная диффузия), а также процессы взаимной диффузии между ними (межфазная диффузия) успевают за процессом кристаллизации, поэтому состав кристаллов выравнивается.

В этих условиях сплав  после затвердевания будет состоять из однородных кристаллических зерен  твердого раствора (рисунок 9), а их состав будет соответствовать исходному составу сплава (точка 6 (рис.8)).

Рисунок 9 - Микроструктура сплава

 

В сплавах может наблюдаться  дендритная ликвация: в кристаллах оси первого порядка будут  обогащены тугоплавким компонентом (В), периферийные слои кристалла и межосные пространства, кристаллизующиеся в последнюю очередь, обогащены компонентом легкоплавким (А), понижающим температуру плавления сплава. Быстрое охлаждение способствует дендритной ликвации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3. Пример ликвации в сталях

 

Рассмотрим ликвацию в стали с содержанием углерода 1,5%, применяя правило отрезков.

Рисунок 10 - Диаграмма состояния. Построение для определения количества каждой фазы с применением правила отрезков.

 

На рисунке показано, что длина l делится точкой 1 на два отрезка a и b. Отрезок а прилегает к точке 2, показывающей состав твердого раствора; отрезок b прилегает к точке 3, показывающей состав жидкой фазы. В соответствии с определением количество жидкой фазы в рассматриваемом сплаве определяется отношением отрезка а, противолежащего составу жидкой фазы (точка 3) к длине l:

вес (объем) жидкой фазы =

.

Вес (объем) твердого раствора определяется отношением отрезка b противолежащего составу твердого раствора (точка 2) к длине l:

вес (объем) твердого раствора =

.

1. При температуре :

l = 1,5

a = 0,9

b = 0,6

объем жидкой фазы = => 60%

объем твердого раствора = => 40%

2. При температуре :

l = 1,8

a = 0,8

b = 1,0

объем жидкой фазы = => 44%

объем твердого раствора = => 56%

3. При температуре :

l = 2,1

a = 0,5

b = 1,6

объем жидкой фазы = => 24%

объем твердого раствора = => 76%

4. При температуре :

l = 2,1

a = 0,2

b = 1,9

объем жидкой фазы = => 10%

объем твердого раствора = => 90%

5. При температуре :

l = 2,2

a = 0,1

b = 2,1

объем жидкой фазы = => 5%

объем твердого раствора = => 95%

Рисунок 11 – Последовательность образования слоев различного состава в кристалле твердого раствора

Склонность к ликвации определяется расстоянием между линиями ликвидуса и солидуса. Чем больше интервал между   температурами  начала и конца затвердевания, тем сильнее ликвируют сплавы. При малом температурном интервале кристаллизации ликвация мала.

Из изложенного следует, что для уменьшения степени ликвации необходимо весьма медленное охлаждение сплава в интервале температур кристаллизации и ниже, для полного протекания выравнивающей диффузии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Арзамасов Б.Н. «Материаловедение»
2. Кузелев М.Я. «Справочник рабочего литейщика Издание 3»
3. Батышев А.И. «Кристаллизация металлов и сплавов под давлением»
4. Гуляев А.П. «Металловедение Издание 4 1963»
5. Бунин К.П. «Структура и свойства чугуна и стали Т 24».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

Фото 1. Дендритная ликвация в сплаве олова с 2% свинца. Темные участки обогащены  свинцом. ×30.
Фото 2. Автодиаграмма  образца сплава меди с 10% олова. Темные участки обогащены  оловом. ×7.	Фото 3. Автодиаграмма  образца сплава свинца с полонием с развитой слоистой ликвацией. Слои расположены параллельно  фронту кристаллизации. ×1.