3.4 Правила Курнакова.

У залежності від складу та температури сплави можуть мати різні структури та властивості, тобто існує певний зв'язок між структурою та діаграмою стану.

Рис. 3. Кристали твердого Рис. 4 Однофазні області твердих

розчину розчинів

1. У системі із необмеженою розчинністю компонентів у твердому стані в процесі кристалізації утворюється тільки одна фаза необмежений твердий розчин заміщення. Кінцева структура кожного сплаву такої системи у рівноважному стані являє собою кристали - твердого розчину (рис. 3), які мають поліедричну або дендритну форму.

Таку ж мікроструктуру мають сплави системи з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані, які знаходяться в однофазних областях твердих розчинів (рис. б), а також, чисті метали, хімічні з'єднання проміжні фази. Мікро структурно всі ці фази одна від одної майже не відрізняються.

2. Сплави, які утворюються в результаті кристалізації евтектики або евтектоїда, являють собою, як правило, дисперсну суміш двох фаз у вигляді пластин, сот або дрібних зерен. Ця обставина дозволяє легко відрізнити більш великі первинні кристали даної фази від евтектичної складової.

Як приклад розглядається формування сплаву з евтектикою, охолодженні рідини вище точки 1 (рис. 5) фазові перетворення в сплаві відсутні. В інтервалі температур 1-2 із рідини виділяються кристали /первинні/ чистого компонента А. Рідина, яка залишилась, має склад точки С та кристалізується із одночасним виділенням суміші кристалів А та В: Рс (А + В). Кінцева мікроструктура доевтектичного сплаву наведена на рис. 5. Принципової різниці у формуванні структур доевтектичних та заевтектичних сплавів нема. Але первинні кристали компонентів можуть мати різну форму, а під час травлення отримати різне забарвлення.

3. При формуванні сплавів у системі з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані можливе виділення кристалів іншої фази із пересиченого твердого розчину. Такі кристали отримали назву вторинних, а процес їх утворення - вторинної кристалізації. Приклади утворення вторинних фаз наведені на рис. 6. Надлишкова фаза може виділитись по границях зерен /виділення вторинного цементиту із аустеніту/. М. С. Курнаков встановив залежності між видом діаграми стану та властивостями сплавів, відомі як правила Курнакова /рис. 7/.

1. Якщо при сплавленні компонентів утворюється суміш двох фаз, властивості сплавів із зміною складу змінюються по лінійній закономірності, тобто аддитивно (рис. 7, а).

Рис. 5. Мікроструктура Рис. 6 Утворення вторинних

доевтектичного сплаву фаз

Рис. 7. Схема залежності між діаграмою стану та властивостями сплавів

2. Якщо компоненти при сплавленні утворюють необмежені тверді розчини, то властивості змінюються по параболічній закономірності із максимумом або мінімумом (рис. 7,б), яка відповідає приблизно еквіатомному складу, тобто 50% А + 50% В.

3. Якщо при сплавленні компонентів утворюються обмежені тверді розчин, то у тих частинах діаграми, де розташовані однофазні області твердих розчинів, властивості змінюються по закономірності ціпової лінії. У двофазних областях, де є евтектика, властивості змінюються аддитивно (рис. 7,в).

4. Якщо компоненти утворюють стійке хімічне з'єднання /або проміжну фазу/, то йому відповідає точка перегину на кривій зміни властивостей. Ця точка максимуму або мінімуму, яка відповідає складу хімічного з'єднання, називається сингулярною (рис. 7,г).

За діаграмами стану можна також визначити технологічні властивості сплавів. Чим більша відстань між лініями ліквідуса та солідуса, тобто чим більше інтервал кристалізації, тим більша схильність сплаву до ліквації та розсіяна пористість, а також схильність до утворення тріщин у відливках. Кращі ливарні властивості мають евтектичні сплави. Ці сплави мають кращу оброблюваність різанням та дають найбільшу чистоту поверхні. Однофазні сплави (тверді розчини) краще деформуються у гарячому та холодному станах.

Питання для самоперевірки:

1. Що таке твердий розчин?

2. Які умови існують для повної взаємної розчинності двох компонентів?

3. Що таке матрична структура?

4. Які види твердих розчинів Вам знайомі?

5. Що таке евтектоїд? Опишіть процес кристалізації евтектоїда?

6. Що таке евтектика? Опишіть процес кристалізації евтектики.

7. Визначити число фаз, їх склад і кількість при різних температурах між лініями ліквідус і солідус у двохкомпонентній системі з повною взаємною розчинністю в рідкому і твердому стані.

8. Що таке конода?

9. Чим відрізняються дендритна ліквація та ліквація за щільністю? Як усунути ці види ліквації?

10. Намалюйте схему структури твердого розчину і гетерогенну (матричну) структуру сплавів.