Критические температуры сплава Pb – Sb

 

Сплав	Состав сплава, %	Температура начала кристаллизации, °С	Температура конца кристаллизации, °С
свинец	сурьма
а
б
в
г
д

 

Диаграмму состояния сплава (рис. 2б) строят в координатах температура (ось ординат) – состав сплава (ось абсцисс). Для построения диаграммы на ее поле наносят точки ликвидус и солидус компонентов и сплавов. Соединяя точки ликвидус одной линией, получают линию ликвидус диаграммы (линия АСВ), а соединяя точки солидус другой линией, получают линию солидус (линия ДСЕ). Точки А и В диаграммы определяют температуры кристаллизации чистых компонентов – свинца и сурьмы, соответственно. Точка С называется эвтектической точкой, она определяет состав эвтектического сплава. Сплавы, расположенные левее точки С называются доэвтектическими сплавами, а сплавы, расположенные правее эвтектической точки, – заэвтектическими.

Выше линии ликвидус (АСВ) сплав однофазный – он находится в жидком состоянии (L). В области диаграммы АСД сплав двухфазный, сплав состоит из жидкости и твердого свинца (Рb_ТВ). Область ВСЕ также двухфазная, здесь сплав состоит из жидкости и твердой сурьмы (Sb_ТВ). Ниже линии солидус (ДСЕ) сплав находится в твердом состоянии и включает две фазы – Рb_ТВ и Sb_ТВ. Эвтектика (Рb_ТВ + Sb_ТВ.) кристаллизующаяся ниже точки С, не является самостоятельной фазой, а представляет собой простую механическую смесь двух кристаллических фаз – кристаллов свинца и

__________________

¹еutektos - легко плавящийся (греч.), ² liquidus – жидкий (лат.), ³ solidus – твердый (лат.).

сурьмы. Доэвтектические сплавы ниже линии ДСЕ состоят из эвтектики и твердого свинца, заэвтектические – из эвтектики и твердой сурьмы.

Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов для произвольного сплава приведена на рис.3.

Компоненты сплава А и В неограниченно растворимы в жидком состоянии, не образуют друг с другом химических соединений, нерастворимы в твердом состоянии, образуют механические смеси из чистых компонентов.

Фазы сплава: - жидкий сплав (L), твердые кристаллы А, твердые кристаллы В.

Характерные точки диаграммы: точки А и В – температуры плавления компонентов А и В, соответственно;точка С - эвтектическая точка.

Характерные линии диаграммы: АСВ – линия ликвидус, DCE - линия cолидус.

Фазовый состав областей:

- выше линии АСВ- сплав однофазный (жидкость L);

- в области АСD - сплав двухфазный (L + А);

- в области СBE - сплав двухфазный (L + В);

- ниже линии DСE- сплав двухфазный – А + В, при этом ниже т. С кристаллизуется эвтектика (А + В)_эвт; ниже линии DС сплав имеет состав А + (А + В)_эвт; ниже линии С E - В + (А + В)_эвт.

Рассмотрим кристаллизацию некоторых сплавов.

1. Эвтектический сплав (рис.3):

- участок 0-1' – охлаждение жидкого сплава (L);

- участок 1'-1''– кристаллизация эвтектики (А + В)_эвт;

- участок 1''-2' – охлаждение эвтектики (А + В)_эвт.

II. Заэвтектический сплав (рис.3):

- участок 0-1 – охлаждение жидкого сплава (L);

- участок 1-2 – кристаллизация компонента А;

- участок 2-2' – кристаллизация эвтектики (А + В)_эвт;

- участок 2'-3 – охлаждение твердого сплава А + (А + В)_эвт.

Правило отрезков

Правило отрезков позволяет определить состав и количество фаз в двухфазных областях диаграммы состояния.

 

а) б)

 

в)

 

Рис. 3. Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (а) и кривые охлаждения эвтектического I (б) и заэвтектического сплавов II (в)

 

 

Чтобы определить концентрации компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз.

Например, для сплава К (см. рис. 2б) при температуре t (точка f) состав жидкой фазы определяется проекцией точки m на ось концентраций (точка^. m¹), а состав твердой фазы – проекцией точки n на ось концентраций (точка n¹). Жидкая фаза имеет состав - 48% Sb и 52% Pb, твердой фазой является чистая сурьма (100% Sb).

В процессе кристаллизации состав жидкой фазы непрерывно изменяется по кривой f ¹C. В начале процесса кристаллизации жидкость будет иметь состав соответствующий точке f¹¹ (78% Sb и 22% Pb), а в конце процесса – состав точки С (13% Sb и 87% Pb). Таким образом, в процессе охлаждения сплава его жидкая фаза непрерывно обогащается свинцом.

Для того чтобы определить количество фаз, руководствуются следующим правилом: отрезки линии между точкой, характеризующей состояние сплава в двухфазной области, и точками, определяющими состав фаз, обратно пропорциональны количествам фаз.

Для сплава К при температуре t количество жидкой фазы определяется по выражению:

,

где nf и mn – длины отрезков на диаграмме состояния, мм;

а количество твердой фазы по формуле:

.

В процессе охлаждения сплава количество твердой фазы будет непрерывно увеличиваться, а количество жидкой фазы уменьшаться.