Связь между диаграммами состояния, структурой и свойствами сплавов

Связь между диаграммами состояния, структурой и свойствами сплавов

Пользуясь диаграммами состояния, можно определить прев­ращения, протекающие в сплавах данной системы в зависимости от температуры и концентрации, образующиеся при этом фазы и структурные составляющие. Так как микроструктура сплавов обусловливает их физико-механические, технологические и эксплу­атационные свойства, можно сделать вывод, что однофазные спла­вы будут иметь иные свойства, чем многофазные.

Зависимость между химическим составом, структурой и свой­ствами сплавов установлена Н. С. Курнаковым, разработавшим ме­тод физико-химического анализа металлов. Эта зависимость выра­жается графически в виде диаграмм состав — свойство.

На рис. 35 показано изменение свойств в зависимости от типа диаграммы состояния.

Изменение свойств сплавов в зависимости от типа диаграммы состояния

Изменение свойств сплавов в зависимости от типа диаграммы состояния

При образовании механической смеси (диаграмма состояния первого типа) свойства сплавов (например, твердость, электрическое сопротивление, коэрцитивная сила) изменяются линейно (рис. 35, а). Следовательно, в случае образования механической смеси свой­ства сплавов имеют среднее значение из количественных значений свойств компонентов.

В сплавах, образующих твердый раствор с неограниченной рас­творимостью (диаграмма состояния второго типа), свойства из­меняются по криволинейной зависимости (рис. 35, б). Уже при не­больших добавках второго компонента твердость, прочность, элек­трическое сопротивление и коэрцитивная сила сплавов повышаются и становятся выше численных значений этих же свойств у компо­нентов, а электропроводность и магнитная проницаемость снижа­ются.

В сплавах, образующих твердые растворы с ограниченной ра­створимостью (диаграмма состояния третьего типа), свойства в областях, соответствующих твердым растворам, изменяются по криволинейной зависимости, а в областях, соответствующих меха­нической смеси, — по линейной зависимости (рис. 35, в).

При образовании устойчивых химических соединений (диаграм­ма состояния четвертого типа) твердость, электрическое сопротив­ление и коэрцитивная сила в сингулярной точке резко повышаются, а электропроводность и магнитная проницаемость уменьшаются (рис. 35, г).

Зная диаграммы состояния, можно также определить техноло­гические свойства сплавов: литейные свойства, деформируемость, обрабатываемость резанием и др. Поданным исследований А. А. Бочвара, большое расстояние между линиями ликвидуса и солидуса на диаграмме состояния указывает на склонность сплава к ликва­ции по плотности (удельному весу), образованию рассеянных уса­дочных раковин и столбчатой структуры, к появлению трещин в отливках (горячих трещин). Лучшими литейными свойствами об­ладают двухфазные сплавы, особенно эвтектические, являющиеся наиболее легкоплавкими. Наоборот, лучше деформируются в холод­ном и горячем состоянии однофазные сплавы — твердые растворы, обладающие меньшим сопротивлением пластическому деформиро­ванию. Тесно связана со структурой сплавов и их обрабатывае­мость резанием. Если в сплаве нет очень твердых фаз, изнашиваю­щих режущий инструмент, то двухфазные сплавы обрабатываются резанием легче, чем однофазные (твердые растворы и химические соединения). Но однофазные сплавы лучше сопротивляются кор­розии, чем двухфазные.

Особенно большое значение имеет знание диаграмм состояния сплавов для решения.вопроса о возможности их термической об­работки.

Зная диаграмму состояния сплавов данной системы и зависи­мость между химическим составом и свойствами, можно подобрать сплав, обладающий комплексом необходимых свойств.