1

CURS 4 Cuprins 2.3.5.1. Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje binare formate din componeni complet solubili n stare lichid i solid 2.3.5.2. Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje binare alctuite din componeni complet solubili n stare lichid i parial solubili n stare solid, cu transformare eutectic 2.3.5.3. Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje binare alctuite din componeni complet solubili n stare lichid i parial solubili n stare solid, cu transformare peritectic 2.3.5.4. Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje binare alctuite din componeni complet solubili n stare lichid i total insolubili n stare solid, cu transformare eutectic 2.3.5.5. Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje binare formate din componeni parial solubili n stare lichid i solid

2.3.5.6. Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje binare formate din componeni parial solubili n stare lichid i complet insolubili n stare solid 2.3.5.7. Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje binare formate din componeni complet insolubili n stare lichid i solid 2.3.5.8. Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje binare cu compui

2.3.5.9. Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje binare ale cror componeni prezint transformri n stare solid 2.3.6. Diagrame de echilibru termic ale sistemelor de aliaje ternare

2.3.6.1. Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje ternare formate din componeni total solubili n stare lichid i solid

2.3.6.2 Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje ternare formate din componeni complet solubili n stare lichid i total insolubili n stare solid

2

2.3.5.1. Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje binare formate din componeni complet solubili n stare lichid i solid. Considernd un sistem de aliaje cu cei doi componeni A i B complet solubili n stare lichid i solid (Cu - Ni, Bi - Sb, Ag - Au, Ge - Si etc.), diagrama de echilibru are aspectul prezentat n figura 2.48. Curba TA a TB rezultat din unirea punctelor ce indic concentraia de echilibru a fazei lichide se numete curb lichidus; ea reprezint locul geometric al punctelor de nceput de solidificare sau sfrit de topire. Curba TA b TB rezultat din unirea punctelor ce indic concentraia de echilibru a fazei solide se numete curb solidus i reprezint locul geometric al punctelor de sfrit de solidificare sau nceput de topire. Curbele lichidus i solidus mpart spaiul diagramei n trei domenii. In domeniul I situat deasupra curbei lichidus exist un singur lichid omogen, toate aliajele sistemului fiind topite. In domeniul II numit interval de solidificare, cuprins ntre curbele lichidus i solidus se afl, n echilibru lichidul i un solid; deoarece A i B sunt solubile n stare solid, solidul care rezult din cristalizare este o soluie solid. In domeniul III, situat sub curba solidus, toate aliajele sistemului sunt solide, solidul fiind o soluie solid.

Fig.2.48. Diagrama de echilibru a sistemului A B format din componeni complet solubili n stare lichid i solid.

T [C]

TA

A

Lichid L

I

a TB

II L +

b

III

Soluie solid

B% B

3

Se consider aliajul Co (fig.2.49.a.) care se rcete foarte ncet, astfel nct n orice moment el se afl n echilibru termodinamic. Aceasta nseamn c att compoziia solidului, ct i a lichidului sunt tot timpul uniforme. Starea aliajului se reprezint printr-un punct M situat la intersecia dintre verticala de compoziie i orizontala de temperatur; deoarece punctul M se afl deasupra curbei lichidus, aliajul este topit. Prin rcire, temperatura aliajului va scdea, deci punctul M coboar pe verticala de compoziie. Pn n punctul 1 n aliaj nu are loc nici o transformare, ntre M i 1 curba de rcire fiind de form exponenial. In intervalul M 1 variana sistemului (V) este egal cu 2, cele dou grade de libertate ale sistemului fiind temperatura i concentraia. In punctul 1, care se gsete la intersecia dintre verticala de compoziie i curba lichidus, ncepe formarea primelor cristale de soluie solid ; n acest punct variana sistemului este egal cu 1 fiind prezente dou faze, topitura i cristalele de soluie solid. Ca urmare solidificarea are loc ntr-un interval de temperatur; n punctul 1, n urma degajrii cldurii latente de solidificare, curba de rcire ncepe s se abat de la aspectul exponenial. Pentru ca solidificarea s aib loc temperatura trebuie s scad continuu, la fiecare temperatur stabilindu-se un echilibru complet, att lichidul, ct i solidul avnd compoziii omogene. Solidificarea se termin la temperatura T2, care corespunde interseciei dintre verticala de compoziie i curba solidus (punctul 2); la aceast temperatur curba de rcire i reia aspectul exponenial. Structura care se obine ca rezultat al solidificrii unei soluii solide n condiii de echilibru este o structur de soluie solid omogen, ea fiind format din gruni omogeni, echiaci, cu contur geometric neregulat (fig.2.50.).

Fig.2.49. Solidificarea unui aliaj soluie solid n condiii de echilibru:

a) diagrama de echilibru; b) curba de rcire.

Fig.2.50. Soluie solid omogen.

T

t

1

2

T [C]

TA

A

1 TB

L + 2

B

% B

M L

T1

T2

Co

a b

4

In aliajele tehnice apar abateri fa de structurile de echilibru, determinate de vitezele de rcire mai mari din formele reale de turnare; la aceste viteze de rcire difuzia se produce parial, cristalele de soluie solid fiind mai bogate n componentul A la interior i mai bogate n componentul B la exterior (fig.2.51.a.). Fenomenul se numete segregare intracristalin sau dendritic, iar soluia solid astfel obinut poart denumirea de neomogen sau dendritic (fig.2.51.b.). Neomogenitatea soluiilor solide se poate nltura printr-un tratament termic numit recoacere de omogenizare.

Fig.2.51. Soluie solid neomogen.

2.3.5.2. Diagrame de echilibru ale sistemelor de aliaje binare alctuite din

componeni complet solubili n stare lichid i parial solubili n stare solid, cu transformare eutectic. Considernd un sistem de aliaje cu cei doi componeni A i B care ndeplinesc aceste condiii (Ag - Cu, Al - Si, Bi - Sn, Cr - Ni etc.), diagrama de echilibru are aspectul prezentat n figura 2.52. Aceast diagram are dou linii lichidus TA e i TB e care formeaz sistemul lichidus, sistemul solidus fiind alctuit din liniile TA d1 e d2 TB; n afar de liniile lichidus i solidus pe diagram se mai gsesc curbele C1 d1 i C2 d2, prima reprezentnd variaia cu temperatura a solubilitii n stare solid a metalului B n A, iar

Fig.2.52. Diagrama de echilibru a sistemului A B format din componeni complet solubili n stare lichid i parial

solubili n stare solid, care prezint transformare eutectic.

a doua variaia cu temperatura a solubilitii n stare solid a metalului A n B. In acest fel spaiul diagramei este mprit n mai multe domenii. In domeniul I exist lichid omogen, n domeniul II cristale de soluie solid de B n A i lichid, n domeniul III cristale de soluie solid de A n B i lichid, n domeniile IV i VI soluii solide de B n A i A n B, iar n domeniul V amestec de cristale de soluii solide de B n A i de A n B. Soluia solid de B n A se noteaz cu , iar soluia solid de A n B cu .

a b

1sC 2sC 3sC

4sC 5sC

T [C]

A

TB

B% B

C1 C2

I

II III

IV VI

V

d1 d2e

TA

5

Pentru a studia solidificarea aliajelor aparinnd acestui sistem se consider diagrama de echilibru i cteva aliaje caracteristice, notate de la I la VII (fig.2.53.). Solidificarea aliajului I, a crui compoziie este cuprins ntre A i C1, ncepe n punctul 1 care se gsete la intersecia dintre verticala de compoziie i curba lichidus. Cristalele care se separ sunt de soluie solid , solidificarea decurgnd dup mecanismul descris la aliajele alctuite din componeni complet solubile n stare lichid i solid. Solidificarea se termin n punctul 2, solidul obinut fiind soluie solid omogen, dac rcirea s-a fcut cu vitez mic sau neomogen, dac rcirea s-a realizat cu vitez mare (fig.2.50. 2.51.). Deoarece pn la temperatura obinuit nu mai are loc nici o transformare, la aceast temperatur aliajul este format din soluie solid . Curba de rcire are aspectul tipic curbei de rcire pentru soluiile solide (fig.2.53.b.). La fel ca aliajul I solidific i aliajul VII, a crui compoziie este cuprins ntre C2 i B; la temperatura camerei structura acestui aliaj este format din gruni de soluie solid .

Fig.2.53. Solidificarea aliajelor aparinnd sistemelor binare formate din componeni complet solubili n

stare lichid i parial solubili n stare solid, care prezint transformare eutectic: a) diagrama de echilibru; b) curbele de rcire.

Aliajul II, care are compoziia cuprins ntre C1 i d1, solidific n acelai mod ca

aliajul I pn n punctul 3 ce se gsete la intersecia dintre verticala de compoziie i curba de variaie a solubilitii n stare solid C1 d1. In acest punct soluia solid devine saturat n B. Din acest moment la cea mai mic coborre a temperaturii soluia solid devine suprasaturat n component B; deoarece ea nu poate conine mai mult B dect cel care corespunde coninutului punctului 3, surplusul de component B va fi eliminat sub form de soluie solid . Deoarece solubilitatea componentului B n A scade continuu cu micorarea temperaturii, separarea de soluie solid are loc permanent pn la temperatura obinuit. Structura unui astfel de aliaj va fi format din cristale de soluie solid i cristale soluie solid , acestea gsindu-se la limitele grunilor de soluie solid (fig.2.54.). Intruct cristalele de soluie solid se obin printr-o transformare n stare solid i nu din topitur (lichid), ele se numesc cristale secundare (). La fel ca aliajul II va solidifica i aliajul VI a crui structur la temperatura obinuit va fi format din gruni de soluie solid i cristale secundare () separate la limitele dintre grunii de soluie solid .

IV T [C]

TB

B% B

C1 '1d '2d C2

I III VIV

d1 d2e

1 2 1

2

3

1

2

TA

TIV

1

2

t

II VII

a b

I II III

1

21

2

3

e'

L

L

+

+

L

''+

'' +

E( + )

E( + )

e

6

Fig.2.54. Microstructura aliajului II.

Solidificarea aliajului III, care are compoziia cuprins ntre d1 i e, ncepe n punctul

1; grunii ce se separ sunt de soluie solid . Pe msur ce temperatura scade, continu separarea soluiei solide , concentraia lichidului deplasndu-se pe curba lichidus spre punctul e, iar concentraia cristalelor solide pe curba solidus spre punctul d1. In punctul 2, care se gsete la temperatura orizontalei d1 e d2, se afl n echilibru trei faze: soluia solid de compoziie d1, lichidul L de compoziie eutectic e i soluia solid de compoziie d2. Deoarece variana este nul, lichidul de compoziie e solidific la temperatur constant potrivit reaciei eutectice:

21 ddeL + , (2.30.)

din lichidul de compoziie e cristaliznd simultan cristale de compoziie d1 i cristale de compoziie d2, intim amestecate; pe curba de rcire se obine un palier la temperatura de transformare (fig.2.53.b.). Dup solidificare aliajul va fi format din cristale primare de soluie solid i eutectic E( + ), iar la scderea temperaturii structura nu se mai schimb (fig.2.55). Aliajul V solidific la fel ca aliajul III; structura lui va fi format din cristale primare de soluie solid i eutectic E( + ).

Fig.2.55. Microstructura aliajului III.

Aliajul IV, care are compoziia eutectic e, ncepe s solidifice la temperatura

eutectic prin depunere de eutectic E( + ). Solidificarea are loc la temperatur constant, pe curba de rcire obinndu-se un palier (fig.2.53.b.); dup solidificare aliajul va fi format numai din eutectic E (fig.2.56.).

Fig.2.56. Microstructura aliajului IV.

E(+)

E(+) E(+)

E(+)