Какая связь между твердым раствором и свойствами сплава

Рассмотренные диаграммы состояния характеризуют строе­ние сплавов различного состава. Мы видели, что в зависи­мости от состава (т. е. от содержания компонентов) сплавы могут иметь разнообразную структуру в соответствии с типом диаграммы состояния. Основоположником уче­ния о связи диаграммы состояния со свойствами сплавов является акад. Н. С. Курнаков.

Зависимость свойств от состава сплавов в общем виде приведена на рис. 1.

а) В сплавах, имеющих структуру механических сме­сей (рис. 1, а), свойства изменяются в основном прямо­линейно. Некоторые свойства механических смесей, в пер­вую очередь НВ и σв, зависят от размеров частиц, т. е. от степени дисперсности. В эвтектических и близко к ним расположенных сплавах фазы измельчены в наибольшей степени, поэтому механические свойства, как это пока­зано на рис. 1, а и б штриховыми линиями, значи­тельно повышаются.

Рис. 1. Зависимость свойств от состава сплавов (вида диа­граммы состояния)

б) Если диаграмма пока­зывает, что в сплавах обра­зуется разнообразная струк­тура, то и зависимость свойств тоже неоднозначна (рис. 1, б). А именно, в сплавах-твердых растворах, граничных с чистыми компонентами А и В, свойства из­меняются по кривым, а в сплавах-смесях твердых рас­творов зависимость вновь прямолинейная.

в) В сплавах-твердых ра­створах свойства изменяются по криволинейной зависимос­ти, т. е. более существенно, чем для сплавов, имеющих структуру смеси кристаллов (1, в).

г) При образовании хими­ческих соединений (рис. 1, г) свойства изменяются скач­ком, очень резко.

Охарактеризуем более подробно изменение свойств в сплавах, в которых обра­зуются ограниченные твер­дые растворы и механические смеси этих растворов. Изме­нение некоторых физических и технологических свойств в этом случае показано на рис. 2. Многие физические и механические свойства спла­вов четко зависят от струк­туры, но такие технологичес­кие свойства, как литейные (т. е. способность обеспечить хорошее качество отливок) или свариваемость, зависят не столько от структуры, сколько от того, в каких условиях по температуре прохо­дило затвердевание сплавов.

Поэтому о зависимости механических и физических свойств однофазных сплавов (α и β), т. е, сплавов, лежащих левее Si и правее S2 диаграммы, приведенной на рис. 2, можно сделать следующие выводы:

а) твердость НВ, прочность σв и электросопротивле­ние твердых растворов выше, чем у чистых металлов (рис. 2, кривые 1 и 2, отрезки аб и вг);

б) электропроводность и температурный коэффициент электросопротивления у твердых растворов ниже, чем у чис­тых металлов (рис. 2, кривые 3 и 4, отрезки аб и вг);

в) электрохимический потенциал изменяется по плав­ной (для полностью однородных твердых растворов) кри­вой (рис. 2, кривая 5, отрезки аб и гд);

Технологические литейные свойства, определяющие способность сплава при затвердевании дать высококаче­ственные отливки, слитки, детали, зависят от жидкотекучести, несклонности к образованию трещин внутри и на поверхности слитков, образования рассеянной пористости или усадочной сосредоточенной раковины.

Жидкотекучесть — это способность заполнять литей­ную форму сложной конфигурации. Она зависит от интер­вала кристаллизации сплава. Чем больше расстояние между ликвидусом и солидусом, т. е. чем больше интервал кристаллизации, тем ниже жидкотекучесть.

Поэтому сплавы-твердые растворы (рис. 2, кривая 6, отрезки аб и вг) имеют пониженную жидкотекучесть.

Кроме того, чем больше интервал кристаллизации, тем сплавы более склонны образовывать трещины на поверх­ности и внутри отливки.

В результате усадки образуются мелкая пористость, разбросанная по всему объему отливки (что нередко выво­дит литье в брак), которая тем больше чем больше рас­стояние между ликвидусом и солидусом (т. е. чем больше интервал кристаллизации); при малом интервале кристал­лизации в сплавав образуется сосредоточенная усадочная раковина.

На рис. 2, кривая 7 показан общий объем пустот, которые складываются из мелких пор и усадочной рако­вины. Как видно из рисунка, чем больше интервал кри­сталлизации, тем больше мелкой пористости (рассеянные поры). Следовательно, для получения качественных отли­вок необходимо выбрать сплавы, у которых температуры ликвидуса и солидуса были бы как можно ближе.

Следовательно, в однофазных сплавах, представляю­щих собой твердые растворы α или β, наибольшую рас­сеянную пористость будут иметь сплавы, состав которых близок составу в точках Si или S2.

Таким образом, однофазные сплавы-твердые растворы обладают плохими литейными свойствами и не пригодны для фасонного литья. Однако однофазные сплавы, пред­ставляющие собой твердые растворы, при достаточно высокой прочности обладают хорошей пластичностью, высоким сопротивлением коррозии. Поэтому сплавы-твердые растворы являются наилучшими для изготовления деталей методами обработки металлов давлением, когда качество деталей будет определяться технологической пластичностью сплава.

В отношении механических смесей фаз (α + β), т. е. для сплавов состава в интервале Sx—S2 диаграммы рис. 2 следует, что электросопротивление (кривая 2, отрезок бе), электропроводность (кривая 3, отрезок бв), температурный коэффициент электропроводности (кривая 4, отрезок бв), электрохимический потенциал (кривая 5, отрезок бв) изме­няются по прямым линиям. Прочность (σв) и твердость (НВ) в случае, когда фазы при кристаллизации эвтектики не слишком измельчены (или укрупнены в результате специального отжига), также изменяются прямолинейно (рис. 2, кривая 1, отрезок бв). В случае, когда смесь состоит из высокодисперсных фаз, наблюдается резкое отклонение от прямолинейной зависимости и для сплавов эвтектического состава на кривых свойств виден перелом или даже ясно выраженный пик (рис. 2, кривая 1, сплошная линия бдв).

Литейные свойства изменяются по указанному выше закону: чем больше интервал кристаллизации, тем меньше жидкотекучесть 6, больше мелкой пористости 7, больше склонность к образованию наружных трещин и т. д.

Следовательно, наилучшими литейными сплавами будут эвтектические, а худшими — сплавы, соответствующие предельным твердым растворам (Si и S2). В то же время двухфазная структура обеспечивает низкую технологи­ческую пластичность, поэтому эвтектические сплавы не пригодны для обработки давлением.

Лучшая обрабатываемость резанием выявлена у спла­вов, имеющих структуру эвтектики, эти же сплавы дают и наилучшую чистоту поверхности при токарной обра­ботке.

Очень важно отметить значительное влияние химиче­ских соединений на свойства сплавов. Присутствие их в сплавах даже в небольших количествах значительно повышает прочность, износостойкость, жаропрочность и другие свойства, необходимые при эксплуатации деталей.

Из изложенного видно, что диаграммы состояния позволяют на научной основе предвидеть поведение сплавов, выбирать сплавы в зависимости от их назначения, применять различные виды термической обработки и другие методы воздействия для получения заданной структуры и свойств.

Рис. 2. Зависимость свойств спла­ва от состава

при образовании ограниченных твердых растворов:

1 — σв; 2 — электросопротивление; 3 — электропроводность;

4 — тем­пературный коэффициент электро­сопротивлении;

5 — электрохими­ческий потенциал; 6 — жидкотекучесть;

7 — объемная усадка

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

©2015-2020 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-20
Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных