Кафедра 601. Дисциплина: Материаловедение

1 Общий анализ диаграммы

Титан и вольфрам неограниченно растворяются в жидком состоянии, образуя неограниченный жидкий раствор Ж. В твёрдом состоянии они растворяются друг в друге ограниченно, образуя 3 ограниченных твёрдых раствора: α-твёрдый раствор в α-модификации титана, β-твёрдый раствор вольфрама в β-модификации титана и γ-твёрдый раствор титана в вольфраме. Химических соединений титан и вольфрам не образуют.

В системе «Титан – вольфрам» протекает два нонвариантных превращения: перитектическое и эвтектоидное.

При температуре 1880° протекает перитектическая реакция, заключающаяся в том, что жидкий раствор Ж, содержащий 25 % вольфрама, взаимодействует с ранее выпавшими из него кристаллами γ-твёрдого раствора, содержащего 92 % вольфрама, в результате чего образуется новая фаза – кристаллы β-твёрдого раствора, содержащие 50 % вольфрама:

При температуре 715° протекает эвтектоидное превращение, при котором β-твёрдый раствор, содержащий 28 % вольфрама, распадается в смесь α-твёрдого раствора, содержащего 0,8 % вольфрама, и γ-твёрдого раствора, содержащего 96 % вольфрама:

2 Описание кристаллизации сплава с __40__%_вольфрама

При температурах выше 2350° сплав находится в жидком состоянии и состоит из одной фазы – жидкого раствора Ж. На этом участке охлаждения в сплаве не происходит никаких фазовых превращений, наблюдается простое физическое охлаждение жидкого раствора. Система бивариантна: , где .

При достижении температуры 2350° в сплаве начинается процесс первичной кристаллизации, который состоит в том, что из жидкого раствора будут выпадать первичные кристаллы γ-твёрдого раствора (Ж → γ).
Этот процесс является моновариантным ( , где:

, сопровождается выделением тепла и идёт в интервале температур. На кри­вой охлаждения при температуре 2350° будет наблюдается перегиб. Выпадение γ-твёрдого раствора из жидкого раствора будет продолжаться до температуры 1880°, при этом состав жидкого раствора будет изме­няться по отрезку линии ликвидус от точки 1 к точке 2', а состав кристаллов γ-твёрдого раствора – по отрезку линии солидус от точки 1'' к точке 2". К моменту достижения сплавом температуры 1880° он состоит из первичных кристаллов γ-твёрдого раствора и жидкого раствора.

При температуре 1880° в сплаве будет протекать перитектическое превращение: жидкий раствор будет взаимодействовать с кристаллами
γ-твёрдого раствора, в результате чего будут образовываться крис­таллы
β-твёрдого раствора:

2 Описание кристаллизации сплава с __40__%_вольфрама

Это превращение нонвариантно ( , где: , поэтому идёт при постоянной температуре и указанных концентрациях фаз. На кривой охлаждения температуре 1880° будет соответствовать горизонтальная площадка. Поскольку в сплаве жидкого раствора больше, чем необходимо для перитектического превращения, сплав в момент окончания превращения (точка 2' на кривой охлаждения – рис. 3.9) будет состоять из кристаллов β-твёрдого раствора и остатка жидкого раствора.

При охлаждении от 1880° до 1820° остаток жидкого раствора будет кристаллизоваться в β-твёрдый раствор. Превращение моновариантно ( , где: ), сопровождается выделением тепла и идёт в интервале температур, при этом состав жидкого раст­вора будет изменяться по линии ликвидус от точки 2' до точки 3' (рис. 3.3), а состав кристаллов β-твёрдого раствора – по линии солидус от точки 2'" до точки 3. К моменту достижения температуры 1820° сплав состоит только из кристаллов β-твёрдого раствора.

В интервале температур 1820° до 1500° ни каких фазовых превращений в сплаве не происходит, идёт простое физическое охлаждение нена­сыщенного β-твёрдого раствора. Система бивариантна ( , где ) и при температуре 1820° на кривой охлаждения будет перегиб.

2 Описание кристаллизации сплава с __40__%_вольфрама

При температуре 1500° β-твёрдый раствор достигнет предела насыщения и в связи о тех, что при дальнейшем понижении температуры растворимость вольфрама в титане понижается, β-твёрдый раствор становится пересыщенным и избыток вольфрама выделяется из него со вто­ричными кристаллами γ-твёрдого раствора ( ). Состав β-твёрдого раствора будет изменяться по линии сольвус от точки 4 к точке 5'''. В связи с понижением растворимости титана в вольфраме γ-твёрдого раствора будут выпадать вторичные кристаллы β-твёрдого раствора ( ). Состав γ-твёрдого раствора будет меняться по другой линии сольвус от точки 4'' к точке 5". Сплав моновариантен (  где , процессы идут в интер­вале температур, а на кривой охлаждения при 1500° будет перегиб. К моменту достижения сплавом температуры 715° его структура состоит из кристаллов β-твёрдого раствора, образовавшегося в результате перитектического превращения при 1860°, и тех кристаллов β-твёрдого раствора, в которые закристаллизовался остаток жидкого раствора в интервале 1880°–1820°. Кроме того, в структуре сплава будут вторич­ные кристаллы γ- и β-твёрдых растворов, выпавшие в интервале 1500–715° C.

При температуре 715° в сплаве будет протекать эвтектоидное превращение: β-твёрдый раствор будет распадаться в смесь кристаллов α- и γ-твёрдых растворов:

2 Описание кристаллизации сплава с __40__%_вольфрама

Эвтектоидное превращение нонвариантно ( , где: ), идёт при постоянной температуре 715° и указанных концентрациях фаз и поэтому температуре 715° на кривой охлаждения будет соответствовать горизонтальная площадка. В момент окончания эв-тектоидного превращения (точка 5' на кривой охлаждения – рис. 3.3) структура сплава будет состоять из вторичных кристаллов γ-твёрдого раствора и эвтектоида

При дальнейшем охлаждении ниже 715° вследствие понижения растворимости вольфрама в титане из α-твёрдого раствора будут выпадать третичные кристаллы γ-твёрдого раствора и состав его будет изменяться по линии сольвус от точки 5' до точки 6' (рис. 3.3), а вследствие понижения растворимости титана в вольфраме из γ-твёрдого рас­твора будут выпадать вторичные кристаллы α-твёрдого раствора.

Ниже 715° сплав моновариантен ( ) и состоит из двух фаз (α- и γ-твердые растворы). Описанные процессы (  сопровождаются выделением тепла и идут в интервале температур. Так как после эвтектоидного превращения в сплаве нет структурно самостоятельных кристаллов α-твёрдого раствора, а есть лишь мелкие кристаллы α-твёрдого раствора, входящие в состав эвтектоида и при средних увеличениях невидимые в микроскоп, то выпадающие из них еще более мелкие третичные кристаллы γ-твёрдого раствора и тем более не будут видны; они останутся внутри эвтектоида и сольются с эвтектоидными кристаллами γ-твёрдого раствора.

Таким образом, окончательная структура сплава будет состоять из вторичных кристаллов γ-твёрдого раствора, эвтектоида  и вторичных кристаллов α-твёрдого раствора:

3 Определение состава и количества фаз на 1 килограмм сплава

При температуре 1200° сплав с 40 % вольфрама:

а) состоит из двух фаз: (β-твёрдого раствора и γ-твёрдого раствора;

б) β-твёрдый раствор содержит 34 % W и 66 % Ti,

а γ-твёрдый раствор содержит 95 % W и 5 % Ti.

в) Вес β-твёрдого раствора: .

Вес γ-твёрдого раствора: .

Для выработки навыка разбора процессов, происходящих при охлаждении конкретного сплава, необходимо обязательно выполнение следующих действий: строить кривую охлаждения разбираемого сплава; против участков кривой охлаждения схематично изображать состояние фаз (структуру) сплава; письменно объяснять процесс, происходящий в сплаве при рассматриваемых температурных условиях.

© helpiks.su При использовании или копировании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.