7.4. Основные типы литейных сплавов

Базовые диаграммы состояния и положение характеристических точек на них являются важнейшими характеристиками для общей оценки свойств литейных сплавов. Основные типы диаграмм состояния (на начальных участках) представлены на рис.7.6; Превращения на рис.7.6, а-е относятся к твердожидкому состоянию сплава.

Непрерывные твердые растворы, рис.7.6, а с повышающимся (или понижающимся) ликвидусом и солидусом редко используются в качестве основы литейных сплавов. Элементы, таких составов применяются в качестве основных и вспомогательных добавок.

Эвтектическое превращение в системе с ограниченным твердым раствором, рис.7.6, б наиболее характерно для литейных сплавов.

Если концентрация Ср пренебрежимо мала (Ср<0,05%), то диаграмма приобретает вид, показанный на рис.7.6, в. Элементы, образующие с базовым компонентом эвтектический сплав, рис.7.6, б широко используются в качестве основных и дополнительных добавок. Элементы, образующие составы со смещенной эвтектикой, рис.7.6, в могут быть вредными примесями.

Рис.7.6. Основные типы начальных участков диаграмм состояния литейных сплавов

Литейные сплавы с перитектическим превращением рис.7.6, г применяются значительно реже, чем с эвтектическим. В большинстве случаев при перитектическом превращении имеет место небольшая предельная растворимость компонентов в твердом состоянии и образование металлида. Элементы, входящие в такие сплавы ,являются по отношению к базовому компоненту вспомогательными легирующими добавками и модификаторами I рода. В результате перитектического превращения также может образоваться инконгруэнтно плавящийся металлид, рис.7.6, д.

Монотектическое превращение (расслоение в жидком состоянии), рис.7.6, е для получения конструкционных литейных сплавов не применяется, т.к. легкоплавкие компоненты значительно понижают прочностные свойства сплавов.

В твердом состоянии в литейных сплавах в процессе их охлаждения могут происходить фазовые превращения.

Полиморфное превращение в базовом компоненте, рис.7.6, ж,и характерно для сталей и титановых сплавов. Это превращение, основанное на фазовой перекристаллизации, обычно происходит в процессе термической обработки. Эвтектоидное превращение, рис.7.6,к происходит по схеме , рис.7.6, к. В эвтектоидной смеси обычно одна из фаз – металлид или его твёрдый раствор – обеспечивает упрочнение сплава. Элементы эвтектоидной системы могут быть использованы в качестве основных или вспомогательных добавок в сталях и чугунах, а также в некоторых титановых и медных сплавах.

Положение некоторых особых точек на диаграмме состояния позволяет рассчитать концентрацию и температуру сплава в этих точках. Предельная растворимость в твёрдом состоянии (Ср) определяет возможность упрочнения сплава. С понижением температуры растворимость существенно уменьшается [Ср>(1 2,5)%], образуется металлидная фаза, способствующая упрочнению за счёт дисперсионного выделения после термической обработки. Величина Ср косвенно связана с интервалом кристаллизации сплава, а, следовательно, с жидкотекучестью, усадочными и ликвационными процессами. Концентрация, соответствующая эвтектической (Сэ) или перитектической (Сп) определяет растворимость добавки в жидком состоянии при Тэ или Тп.

Коэффициент распределения К определяет склонность сплава к ликвации и распределение компонента по зёрнам твёрдого раствора. Величина коэффициента К зависит от положения точек Ср и Сэ или (Сп ) на диаграмме состояния.

Температура плавления эвтектики Тэ или инконгруэнтно плавящегося металлида позволяет произвести оценку литейных свойств сплава. Ширина температурного интервала кристаллизации оказывает большое влияние на показатели жидкотекучести и формозаполнения, а также на развитие усадочных и ликвационных процессов; от этого фактора зависит плотность литого металла.