2.3. Зависимость свойств сплавов от типа диаграммы состояния

Свойства сплава определяются его фазовым составом, который показывает диаграмма состояния. Поэтому меж­ду типом диаграммы состояния и составом сплава суще­ствует зависимость, на что впервые обратил внимание Н. С. Курнаков. Им разработан метод построения диа­грамм состав-свойство, который составляет основу физи­ко-химического анализа сплавов.

На рис. 2.8 в верхнем ряду приведены рассмотренные ранее основные типы диаграмм состояния и под ними соответствующие закономерности изменения свойств сплавов в зависимости от их состава (диаграммы состав -свойство). В диаграммах состав - свойство на оси абсцисс отложен состав сплава (в % компонента В), а на оси ор­динат — свойства при постоянной температуре. Левая и правая крайние ординаты на этих диаграммах соответ­ствуют свойствам чистых компонентов, а промежуточ­ные — свойствам сплава в зависимости от его состава. Во

втором ряду графиков условно показано изменение твер­дости Н (аналогично изменяются показатели прочности и электрического сопротивления). В третьем ряду пока­зано изменение электропроводности Е (аналогично изме­няются показатели пластичности).

Рис. 2.8. Связь между диаграммами состояния и свойствами сплавов

При образовании механических смесей свойства спла­ва меняются по линейной зависимости. Поэтому свой­ства сплава находятся в пределах между свойствами чи­стых компонентов.

При образовании твердых растворов с неограниченной растворимостью свойства сплава изменяются по нелиней­ной зависимости с максимумом или минимумом. При этом некоторые свойства сплава могут существенно отличать­ся от свойств компонентов, образующих сплав. Поэтому сплавы — твердые растворы значительно тверже и проч­нее, чем составляющие их компоненты, одновременно обладают высокой пластичностью. Это медно-цинковые (ла­тунь), медно-никелевые сплавы и др. Практически можно получить медно-никелевые сплавы, превосходящие медь по прочности и твердости и не уступающие ей по пла­стичности. Они нашли широкое применение при изготов­лении деталей, работающих на удар и износ и обладающих высокой прочностью. Такие сплавы имеют более высокое электросопротивление, чем чистые металлы, и, что особен­но важно, электросопротивление их не изменяется при изменении температуры. Это относится к сплавам нике­ля с хромом (нихром), поэтому они незаменимы в произ­водстве электроизмерительных приборов, реостатов и т. д.

При образовании твердых растворов с ограниченной растворимостью свойства сплавов в интервале концент­раций, соответствующих однофазным твердым раство­рам, изменяются по нелинейной зависимости, а в двух­фазной области — по линейной.

При образовании химического соединения на диа­грамме состав - свойство появляется точка перелома (ост­рого максимума или минимума свойств), абсцисса кото­рой соответствует составу химического соединения. По­этому сплавы-химические соединения обладают очень высокими твердостью, прочностью и электросопротивле­нием. Иногда твердость их в 10 раз выше твердости чис­тых компонентов. Так, медь и олово — мягкие металлы, кристаллы же химического соединения в сплаве меди с оловом имеют высокую твердость. Железо и углерод — мягкие материалы, а химическое соединение их облада­ют очень высокой твердостью. Сплавы — химические со­единения применяют для режущих инструментов, но из-за высокой хрупкости для обработки давлением они не­пригодны.

С типом диаграмм состояния связаны также техноло­гические свойства сплавов. Сплавы-механические смеси имеют хорошие литейные свойства. Особенно это от­носится к эвтектическим сплавам, так как они обладают хорошей жидкотекучестыо и имеют наименьшую темпе­ратуру плавления. Доэвтектические и заэвтектические сплавы также применяют для литья, но жидкотекучесть их несколько хуже и у них больше склонность к образо­ванию трещин. Поэтому для литья используют сплавы, состав которых близок к эвтектическому.

Сплавы-твердые растворы благодаря высокой плас­тичности хорошо обрабатываются давлением, поэтому пригодны для ковки, прокатки, штамповки. Литейные свойства сплавов-твердых растворов, как правило, не­удовлетворительные. Хорошей обрабатываемостью реза­нием характеризуются двухфазные сплавы (механичес­кие смеси). Обрабатываемость резанием однофазных сплавов (твердых растворов) затруднена.

Следует отметить, что диаграммы состав-свойство являются лишь приближенной схемой. Они не учитыва­ют размер кристаллов, их форму, взаимное расположение и другие факторы, влияющие на свойства сплава. Одна­ко общую тенденцию изменения свойств сплавов в зави­симости от их состава для различных типов диаграмм состояния они отражают верно. Поэтому диаграммы со­став — свойство помогают правильно выбрать сплавы с определенными эксплуатационными характеристиками.