INSTYTUT TECHNIKI

Materiałoznawstwo metali

Temat: Układy fazowe dwuskładnikowe z eutektyką o ograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym.

Bydgoszcz 2004

Spis treści.

1. Wstęp....................................................................................................

2. Wykresy.................................................................................................

2.1 Stop pierwszy L1..........................................................................

2.2 Stop drugi L2................................................................................

2.3 Stop trzeci L3...............................................................................

3. Wnioski................................................................................................

1. Wstęp.

Wykres równowagi fazowej dwóch metali A i B, które całkowicie rozpuszczają się w sobie wzajemnie w stanie ciekłym, a ich wzajemna rozpuszczalność jest ograniczona tylko w stanie stałym przedstawiony jest poniżej. Oprócz ciekłego roztworu występują dwie fazy, które oznacza się jako kryształy pierwotne α i drugą jako kryształy pierwotne β.Kryształy pierwotne α to roztwór składnika B w składniku A, natomiast kryształy pierwotne β to roztwór metalu A w metalu B. Metodę czytania takiego wykresu przedstawimy

poniżej. S2 L S

L+α L+β

α α+E E+β β

A 3 6 B

α - roztwór B w A E - eutektyka

β - roztwór A w B L - ciecz

Linię pionową oznaczoną przez nas 2-3 przyjęło się nazywać graniczną rozpuszczalnością składnika B w składniku A, zaś pionowa linia oznaczona przez nas 5-6 określa graniczną rozpuszczalność składnika A w składniku B.

Kryształy α po osiągnięciu składu chemicznego określonego punktem 3 stają się roztworem nasyconym, podobnie jest z kryształami β tylko, że one stają się takim roztworem po osiągnięciu punktu 6. Stopy o składach między A-3 i 6-B krzepną jak roztwory stałe ciągłe i w stanie stałym mają jednolitą budowę, to znaczy, że zbudowane są z kryształów α(stopy o składzie A-3) lub kryształów β (stopy o składzie 6-B). Chłodząc stop S poruszamy się na wykresie w dół po linii jego składu zgodnie ze spadkiem temperatury. Pierwszym charakterystycznym punktem jest punkt 7. W tym punkcie rozpoczyna się krzepnięcie polegające na wydzielaniu się z cieczy kryształów pierwotnych roztworu stałego β. Należy pamiętać, iż skład cieczy zmienia się wzdłuż linii likwidus od punktu 7 do 10. Natomiast skład kryształów pierwotnych β zmienia się wzdłuż linii solidus od punktu 8 do 9. Punkt 9 jest punktem przecięcia z linią solidus i po jej przecięciu stop całkowicie krzepnie w postaci kryształów β.To znaczy, że po schłodzeniu stopu poniżej temperatury jaka występuje w punkcie 9 stop funkcjonuje jako ciało stałe o budowie kryształów β.

Inaczej jest ze stopami, których skład waha się między punktami 3-6. W celu pokazania sposobu odczytywania tego wykresu omówimy stop przedstawiony na wykresie jako S2. Chłodząc stop S2 osiągamy punkt 11, rozpoczyna się krzepnięcie i zaczynają wydzielać się kryształy α. Identycznie jak w poprzednim przypadku chłodząc stop skład cieczy zmienia się po linii likwidus od punktu 11 do E, natomiast wytrącające się kryształy α zmieniają swój skład po linii solidus od punktu 12 do 2.

2. Po osiągnięciu temperatury eutektycznej (na wykresie linia oznaczona 2-5). Po przekroczeniu tej temperatury stop składa się kryształów α na tle eutektyki, które tworzą mieszaninę eutektyczną.

2. Wykresy.

2.1 Stop pierwszy L1.

1200- L1 L2 L3

1100- 1

1000-

900-

800-

700- C

2

600- 4 2 SOLIDUS 2 E

500-

400-

300-

200-

100-

0

A 20 40 60 80 B

Stop nazwany przez nas L1 jest stopem podeutektycznym, ponieważ znajduje się na lewo od stopu eutektycznego, którego skład jest następujący 31% A i 69% B. Nasz stop L1 ma następujący skład 87% A i 13% B. Chłodząc stop L1 po przecięciu linii likwidus rozpoczyna się jego krystalizacja, punkt przecięcia linii L1 z linią likwidus nazwaliśmy 1.

Punkt 1 jest określony przez temperaturę 1080° C i sam określa początek krystalizacji.

Po przekroczeniu linii likwidus w cieczy, której skład zmienia się wzdłuż linii likwidus od punktu 1 do punktu E, krystalizują kryształy pierwotne α, których skład zmienia się na linii solidus od 3 do 4. W obszarze tym wybraliśmy pewien punkt, który charakteryzuje stop w temperaturze 700° C i oznaczyliśmy go jako C. Stop w temperaturze 700° C (punkt C) ma postać krystalizujących kryształów pierwotnych z cieczy. Skład tych kryształów jest następujący: 92% A i 8% B, natomiast ciecz, z której krystalizują kryształy pierwotne ma następujący skład: 23% A i 67% B. Chłodząc dalej stop, czyli obniżając jego temperaturę, osiągamy temperaturę 595° C, czyli na wykresie punkt 2 w tej temperaturze stop składa się z cieczy eutektycznej i kryształów α. W tej temperaturze krzepną resztki cieczy i po zakrzepnięciu wszystkich cząsteczek cieczy stop składa się z mieszaniny eutektycznej czyli kryształów α i eutektyki.

1. Stop drugi L2.

1200- L2

1100-

1000-

900-

800-

700-

D

600- E

500-

400-

300-

200-

100-

0

A 20 40 60 80 B

Stop nazwany przez nas L2 jest stopem podeutektycznym, ponieważ znajduje się na lewo od stopu eutektycznego, którego skład jest następujący 31% A i 69% B. Nasz stop L2 ma następujący skład 35% A i 65% B. Chłodząc stop L2 po przecięciu linii likwidus rozpoczyna się jego krystalizacja, punkt przecięcia linii L2 z linią likwidus nazwaliśmy 1.

Punkt 1 jest określony przez temperaturę 750° C a sam określa początek krystalizacji.

Po przekroczeniu linii likwidus w cieczy, której skład zmienia się wzdłuż linii likwidus od punktu 1 do punktu E, krystalizują kryształy pierwotne α, których skład zmienia się na linii solidus od 3 do 4. W obszarze tym wybraliśmy pewien punkt, który charakteryzuje stop w temperaturze 650° C i oznaczyliśmy go jako D. Stop w temperaturze 650° C (punkt D) ma postać krystalizujących kryształów pierwotnych z cieczy. Skład tych kryształów jest następujący: 89% A i 11% B, natomiast ciecz, z której krystalizują kryształy pierwotne ma następujący skład: 22% A i 68% B. Chłodząc dalej stop, czyli obniżając jego temperaturę, osiągamy temperaturę 595° C, czyli na wykresie punkt 2 w tej temperaturze stop składa się z cieczy eutektycznej i kryształów α. W tej temperaturze krzepną resztki cieczy i po zakrzepnięciu wszystkich cząsteczek cieczy stop składa się z mieszaniny eutektycznej czyli kryształów α i eutektyki.

2. Stop trzeci L3.

1200- L3

1100-

1000-

900- 1

3

800- F

700-

600- 6 E

500-

400- 5

300-

200-

100-

0 7

A 20 40 60 80 B

Stop nazwany przez nas L3 jest stopem nadeutektycznym, ponieważ znajduje się na prawo od stopu eutektycznego, którego skład jest następujący 31% A i 69% B. Nasz stop L3 ma następujący skład 8% A i 92% B. Chłodząc stop L3 po przecięciu linii likwidus rozpoczyna się jego krystalizacja, punkt przecięcia linii L3 z linią likwidus nazwaliśmy 1.

Punkt 1 jest określony przez temperaturę 840° C a sam określa początek krystalizacji. Po przekroczeniu linii likwidus w cieczy, której skład zmienia się wzdłuż linii likwidus od punktu 1 do punktu 4, krystalizują kryształy pierwotne β, których skład zmienia się na linii solidus od 3 do 2. W obszarze tym wybraliśmy pewien punkt, który charakteryzuje stop w temperaturze 830° C i oznaczyliśmy go jako F. Stop w temperaturze 830° C (punkt F) ma postać krystalizujących kryształów pierwotnych z cieczy. Skład tych kryształów jest następujący: 2% A i 98% B, natomiast ciecz, z której krystalizują kryształy pierwotne ma następujący skład: 22% A i 78% B. Chłodząc dalej stop, czyli obniżając jego temperaturę, osiągamy temperaturę 650° C, czyli na wykresie punkt 2 w tej temperaturze krzepną resztki cieczy i powstają kryształy pierwotne β, jednak to nie koniec zachodzących zmian. Podczas dalszego chłodzenia osiągamy temperaturę 380° C, nazwaliśmy ten punkt jako 5. Poniżej punktu 5 z kryształów pierwotnych β wytrącają się kryształy wtórne α'.

3. Wnioski.

Z technicznego punktu widzenia są to 3 różne stopy, które mają zupełnie inne właściwości fizyczne. Najlepsze właściwości ma stop nazwany przez nas L2, ponieważ jego budowa jest najbardziej zbliżona do stopu eutektycznego. Eutektyka to struktura drobnokrystaliczna o doskonałych właściwościach mechanicznych. Stop L2 jest najlepszym stopem z pośród 3 przedstawionych, gdyż to ten stop ma strukturę w której najwięcej jest eutektyki.

ąą

7

3

5

5

7

9

11

LIKWIDUS

α + C

β+C

α

β

2

13

11

7

4

1

5 9

3

3

1

2

4

4

2

α + C

β + C

α

β

---