Определение и обоснование видов и режимов структурной обработки сплава Cu+2,3%Be
2. Аналитическая часть.
2.1 Диаграмма состояния сплава Cu-Be и ее
характеристика.
|
|
|
Рис 1. Диаграмма состояния бинарного
сплава Cu – Be (с содержанием Be до 12%);
1- исходный сплав Cu + 2,3%Be ; 2 – сплав насыщенный Be до 2,7%.
|
|
Как видно из диаграммы, температура плавления чистой меди 1083°С (т. С на рис.1). При увеличении содержания бериллия
температура начала и конца затвердевания сплавов понижается, достигая минимума.
На диаграмме он соответствует 860°С и
концентрации 5,25% Be (т. К на рис.1) и лежит над однородной областью b-фазы. При дальнейшем увеличении содержания бериллия
температура начала и конца затвердевания сплавов повышается.
В системе Cu – Be (с содержанием Be до 12%) имеются
фазы a, b, g. По Н.Х. Абрикосову, фазы b и g(b') являются единым бертоллидом (химическим соединением
переменного состава), а сплав, отвечающий химическому соединению CuBe, лежит за
пределами области однородного твердого раствора g (b') [2].
Фаза a
представляет собой твердый раствор Be в Cu, с максимальной растворимостью Be
составляющей 2,7% при температуре 866°С (т.
В на рис.1). При этих условиях она имеет гранецентрированную кубическую
кристаллическую решетку с периодом 3,566Å. Растворимость Be с понижением
температуры снижается, его значение изменяется по кривым ВА и AL (см. рис.1), и
при температуре эвтектоидного распада b фазы
она равна 1,55% , при 350°С — менее
0,4%.
При 866°С в
интервале концентраций бериллия 2,75 - 4,2% по перитектоидной реакции между a-фазой и жидкостью образуется фаза b (). Сплавы, содержащие от 2,75 до 4,2% (по
массе) бериллия, имеют одинаковую температуру конца затвердевания около 866°С (1139К) — линия BD соответственно. Микроструктура
этих сплавов после закалки с 840°С состоит из
a+b фазы. При
увеличении содержания бериллия температура начала и конца затвердевания сплавов
понижается. Минимальное значение (т. К на рис.1), как указывалось ранее,
достигается при температуре 860°С и
концентрации 5,25% Be и лежит на диаграмме состояния над однородной областью b-фазы. При этой концентрации температура начала и
конца превращения совпадают
и оно идет не в интервале температур, а при постоянной температуре. Если дальше
увеличивать содержание бериллия, то превращение снова идет в интервале
температур и температура начала и конца затвердевания сплавов повышается.
Микроструктура сплавов, содержащих от 4,3 до 8,4% (по массе) Be, после закалки
с температуры 840°С состоит из одних кристаллов b. Фаза b выше линии
AFG » 605°С
(условно принятая средняя температура распада этой фазы) — неупорядоченный
твердый раствор бериллия в меди. Период его неупорядоченной объемно-центрированной
кубической решетки при содержании 7,2% Be и температуре 750°С равен 2,79Å.
При закалке с температуры 840°С сплавов с содержанием бериллия больше 8,4% , вплоть
до 11% микроструктура состоит из кристаллов b и g фазы. В
гомогенной области g-фаза (в некоторых
источниках b'-фаза) содержит от 11,3 до 12,3% Be. Она
представляет собой упорядоченную фазу на основе интерметаллида CuBe с
упорядоченной объемно-центрированной кубической решеткой типа CsCl и периодом
2,69-2,7Å. Эта фаза получается при реакциях: выделение из b-фазы () в интервале температур 605 - 870°С и концентраций 6 - 11%Ве — по линии FH; эвтектоидное
превращение b-фазы () при температуре 605°С и концентрациях 1,5-11,5%Ве — AFG соответственно.
Ниже линии эвтектоидного равновесия (линия AFG на
рис.1), в интервале концентраций бериллия 0,2-11,5% (интервал L-N на рис.1
соответственно) идет реакция выделения: , при которой из пересыщенной бериллием фазы a выделяется g-фаза
с большим его содержанием.
В системе имеются перитектическое (2,75 – 4,2% Be) и
эвтектоидное (1,5 – 11,5% Be) равновесия, при 866 и 605°С соответственно, имеются фазовые превращения типа
растворение-выделение, ввиду ограниченной растворимости Be в различных модификациях
меди.
Теперь рассмотрим превращения, происходящие конкретно в сплаве
Cu + 2,3%Be (сплав №1 на рис.1).
В
сплаве 1 со снижением температуры с 1000 до 980°С (т. S) не происходит никаких
превращений (область существования только жидкой фазы), дальше в интервале S-Q
(980-875°С)
идет кристаллизация из жидкости кристаллов a-фазы, при этом состав
жидкости меняется по линии ликвидус, а кристаллов по солидус. Как видно из диаграммы,
при этом и жидкость и кристаллическая фаза обогащаются Ве, судя из характера
расположения этих линий, соответственно количество бериллия в центре кристалла
и на его поверхности различное, т.е. существует ликвация Ве как в объеме
сплава, так и по самой дендритной ячейке. В интервале температур Q-R (875-740°С) существует одна a-фаза, а после, при
охлаждении примерно до 605°С (т. Y на рис.1), идет обеднение a-фазы бериллием по линии ВA и
выделение b-фазы. При охлаждении ниже 605°С в выделявшемся доселе неупорядоченном твердом
растворе замещения b при эвтектоидном превращении идет упорядочение — образование фазы g (b'): атомы меди
располагаются преимущественно в узлах решетки, а атомы бериллия — в центре [1].
Хотя в реальном кристалле этот порядок точно не соблюдается: атомы меди могут
занять места бериллия и наоборот. Рентгенограммы g (b') в системе Cu-Be выявляют
линии сверхструктуры, которые отсутствуют у b-фазы. После прохождения
эвтектоидной реакции ()
в сплаве находится три вида фаз: a-фаза, которая образовалась при кристаллизации, a-фаза, которая образовалась
при эвтектоидной реакции из b-фазы, и g (b')-фаза, которая также образовалась при эвтектоидном превращении. При
дальнейшем охлаждении в интервале 605-20°С идет также обеднение a-фазы бериллием по линии AL и
выделение, дополнительно, g(b')-фазы.
2.2 Определение основных исходных данных.
Как видно из диаграммы состояния, в сплаве 1 (Cu+2,3%Be) в
твердом состоянии происходит 2-а фазовых превращения. Это растворение-выделение
и эвтектоидное. Рассмотрим их:
·
при температурах, ниже 740°С (интервал R- U на рис.1) идут реакции выделения из a-фазы b и g-фазы:
;
·
при температуре 605°С (т. Y на рис.1) идет эвтектоидная реакция
упорядочения b-фазы:
;
Из жидкости, в интервале температур 980-875°С (интервал S-Q на рис.1) идет реакция выделения
кристаллов a-фазы:
.
И при температуре солидуса (т. Q) равной 875°С сплав полностью состоит из кристаллов a-фазы.
Полученные в разделе данные сводим в таблицу:
Табл.1 Основные исходные данные по
сплаву Cu+2,3%Be.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
