22.2. Основные типы диаграмм состояния трехкомпонентных

систем.

1. Тройная диаграмма равновесий системы с неограниченной растворимостью

а) в развернутом виде в) в собранном виде

Рис. 22.5. а, б. Пример: Au-Ni-Pd (все ГЦК).

Тройная диаграмма слагается из трех двойных диаграмм с неограниченной растворимостью компонентов.

Поверхность ликвидуса: Т_AL₁T_BL₂T_CL₃T_A.

Поверхность солидуса: Т_AS₁T_BS₂T_CS₃T_A.

Правило фаз Гиббса:

а) выше поверхности ликвидуса либо ниже солидуса

i = 4 –1 = 3

(Ф = 1 – жидкая, либо твердая), т.е температура имеет три степени свободы: температура и два компонента;

б) между поверхностями ликвидуса и солидуса

i = 4 –2 = 2

(Ф = 2 – жидкость + тв. фаза). В этом случае система имеет две степени свободы: температура + один компонент.

II. Изотермические и политермические сечения тройных диаграмм.

Изотермы и политермы.

а)политермы Политермы (вертикальные среды) дают информацию, с помощью которой можно определить критические точки сплавов, соответствующих разрезу, т.е. температуры начала и конца фазовых превращений.

вертикальные среды

б) изотермы На рис. 22.6.а,б показана тройная диаграмма с неограниченной растворимостью и следы пересечения ее изотермической поверхностью .aв и cd – следы пересечения поверхности ликвидуса (aв) солидуса (cd).

По правилу рычага можно найти количество твердой либо жидкойфаз

; .

горизонтальные среды

жирные линии - проекции изотермы поверхностей ликвидуса на концентрационный треугольник;

пунктирные линии - проекции изотермы поверхностей солидуса на концентрационный треугольник.

III. Тройная диаграмма состояния с отсутствием растворимости в твердом (и неограниченной растворимостью в жидком) состоянии.

Тройная диаграмма А-В-С состояния с отсутствием растворимости в твердом состоянии составляется из трех бинарных диаграмм с механическими смесями А-В, А-С, В-С. Такая диаграмма дана на рис. 22.7 а, б.

а) в развернутом виде б) в собранном виде

Рис. 22.7 а, б.

Примеры: Sn – Cd – Pb, Sn – Cd – Ta и другие.

Три криволинейные поверхности АЭ₁ВС₂, ВЭ₁ЭЭ₃ и С Э₂ЭЭ₃ являются поверхностями ликвидус; Э₁, Э₂, Э₃ – эвтектики двойных сплавов АВ, ВС, СА.

Кривые Э₁Э, Э₂Э, Э₃Э образованы пересечением двух смежных поверхностей и отражают изменения концентрации расплава насыщенного одновременно двумя компонентами при изменении температуры. Кривые Э₁Э, Э₂Э, Э₃Э пересекаются в одной точке Э – тройной эвтектике (с равновесием расплавов с твердыми компонентами А, В и С), т.е. с числом фаз Ф = 4.

По правилу фаз Гиббса для точки Э

i =3 –4 + 1 = 0.

Сечения объемной диаграммы горизонтальными плоскостями дают

Рис. 22.8. Рис. 22.9.

изотермические разрезы диаграмм тройных систем, т.е. отражают фазовые равновесия при одной постоянной температуре.

Такое сечение при некоторой температуре приведено на рис. 22.8 слева в виде треугольника АВС. Кривая ху есть сечение поверхности тройной диаграммы горизонтальной плоскостью , проходящей выше температурТа и Тс, но ниже температуры плавления Тв. криволинейный треугольник хуВ ограничивает область двухфазного равновесия между расплавом и кристаллами В.

Правило фаз Гиббса для точки М дает

i_М =3 –2 + 1 = 2,

т.е. имеем две степени свободы: по температуре и концентрации компонента В.

Вне зоны хуВ существует однородный расплав. Например, для точки N

i_N =3 –1 + 1 = 3,

т.е. имеем три степени свободы: по температуре и концентрациям компонентов В и С.

При более низких температурах ниже Т_А, Т_В и Т_С изотермические сечения будут иметь вид рис. (справа). Наконец, при Т_Э (тройная эвтектика) образуется плоскость тройной эвтектики. Ниже этой плоскости жидкая фаза не существует, т.о. образуется плоскость солидус а (авс).

Пространственная диаграмма может быть представлена в виде диаграммы на плоскости (на треугольнике АВС), если использовать все проекции при разных температурах (рис. 22.9).

Линии есть проекции линий кристаллизации двойных эвтектик.

Области - проекции поверхностей кристаллизации компонентовА, В и С. Точка - проекция точки тройной эвтектики.

Кроме того на рисунке показаны изотермы при Т₁, Т₂, Т₃, причем Т₁ Т₂ Т₃.

Пусть расплав, состав которого отвечает точке Q, охлажден до температуры Т₂. При Т₂ начинает кристаллизоваться компонент А, а отношение концентраций В и С будет постоянным. При достижении температуры, отвечающей точке Р, начинает выпадение двойной эвтектики А-В.

При дальнейшем охлаждении расплав будет обогащаться компонентом С, а его состав изменяться по кривой до тех пор, пока при температуре точкився жидкость не затвердеет с образованием тройной эвтектики.

Значительно сложнее диаграммы состояния трехкомпонентных систем, образующих химическое соединение.

На рис. 22.10 показан случай, когда в системе образуетсяодно химическое соединение A_nB_m . Растворимость А,В,С, A_nB_m в твердом состянии отсутствует, а в жидком полностью растворимы друг в друге.

Прямая аС соответствует символам, в которых соотношение концентраций А и В постоянно и равно m : n, т.е. соответствует химическому соединению A_nB_m. Т.о. появляется еще одна двойная система A_nB_m-С по линии аС со всеми вытекающими последствиями. Буквами е₁, е₂, е₃, е₄ показаны соответствующие бинарным эвтектическим сплавам, а буквами Е₁, Е₂ – две тройные эвтектики. Точка е₅ соответствует промежуточному состоянию из двух тройных эвтектик Е₁ и Е₂.