1.2. Элементы диаграммы

Диаграмма состоит из вертикальной оси – ось температуры, горизонтальной оси – ось концентрации компонентов.

Внешний вид диаграммы приведен на рисунке 2. Левый конец горизонтальной оси концентраций компонентов, обозначенный буквой А, соответствует 100% содержанию компонента А, правый – 100% содержанию компонента В.

Т_а и Т_в – соответственно температуры плавления чистых компонентов А и В. Если точка состава находится на одной из вертикальных осей диаграммы (на А или В), то в этом случае мы рассматривает процессы, происходящие в однокомпонентной системе.

Кривые Т_а – Е и Е – Т_в носят название кривых ликвидуса. Кривые ликвидуса представляют собой температурные зависимости перенасыщения расплава по отношению к какому-либо компоненту или химическому соединению. Кривая Т_а – Е показывает температуру начала кристаллизации в системе компонента А из расплава при его охлаждении, кривая Е – Т_в – соответственно начала кристаллизации компонента В.

Точка Е носит название точки эвтектики и характеризует состав расплава с минимальной для данной системы температурой существования жидкой фазы, расплав эвтектического состава. Этот расплав пересыщен одновременно по отношению к обоим компонентам А и В. При кристаллизации расплава эвтектического состава компоненты выделяются в твердой фазе всегда в строго определенном соотношении, определяемом положением точки эвтектики.

Горизонтальная линия, проведенная при температуре Т₂ от линии ликвидуса до вертикали выпадающей твердой фазы, носит название конноды.

Рисунок 2. Диаграмма двухкомпонентной системы

Линия Т_е – Е – Т_е* носит название линии солидуса. Это линия окончания кристаллизации или начала плавления любого бинарного состава системы. Ниже линии солидуса в равновесии могут находиться только фазы в твердом состоянии. Следует также отметить, что линия солидуса не всегда горизонтальна.

Основными элементами кривых охлаждения являются точка перегиба и горизонтальная площадка.

Точка перегиба кривой охлаждения при постоянной скорости охлаждения появляется в том случае, когда изменяется скорость охлаждения. А это, в свою очередь, связано с началом протекания в системе процессов, сопровождающихся тепловыми эффектами, имеющих, как правило, экзотермический характер при охлаждении системы. Дополнительное выделение тепла снижает скорость охлаждения системы и угол наклона (между кривой охлаждения и абсциссой графика) увеличивается.

Для бинарных систем изменение угла наклона кривой охлаждения связано прежде всего с началом кристаллизации одной кристаллической фазы: компонента или химического соединения.

1.3. Кривые охлаждения. Построения двух компонентных систем в процессе охлаждения

Элементы диаграммы делят поле диаграммы на области, в которых в равновесии находятся одна (расплав, твердый раствор) или две равновесные фазы. Правильное определения характера фазового равновесия в областях диаграммы существенно облегчает рассмотрение путей кристаллизации при охлаждении исходных расплавов системы. При нагреве последовательность фазовых превращений будет обратной.

Для определения фаз, находящихся в равновесии, необходимо оценить, какие элементы диаграммы ограничивают рассматриваемую область слева и справа. Это могут быть:

• линия ликвации: одна из равновесных фаз – расплав;

• линии химических соединений – одна из равновесных фаз данного химического соединение;

• температурные вертикали – одна из равновесных фаз – один из компонентов диаграммы в кристаллическом состоянии;

• наклонные кривые солидуса – одна (или единственная) фаза – твердый раствор.

При этом анализе следует помнить о том, что кристаллические фазы могут находиться в равновесии в различных полиморфных модификациях.

Рассмотрим последовательность фазовых превращений, происходящих при охлаждении исходного состава системы М (рисунок 2). Выше температуры Т₁ в равновесии находится расплав L_m состава М. Число степеней свободы при этом равно двум. При температуре Т₁, когда вертикаль исходного состава касается линии ликвидуса, расплав становится пересыщен по отношению к компоненту В, и начинается его кристаллизация. Так как степень свободы при этом становится равной единице, то при дальнейшем охлаждении при продолжающейся кристаллизации компонента В состав расплава будет меняться строго по линии ликвидуса.

Так, например, при температуре Т₂ расплав будет иметь состав, определяемый положением точки а на линии ликвидуса Е–Т_в. Таким образом, на диаграмме в области, ограниченной точками Е – Т_в – Т_е* в равновесии будут находиться две фазы: кристаллы компонента В и расплав, состав которого зависит от рассматриваемой температуры системы.

При достижении температуры точки эвтектики, состав расплава становится равным L_m, начинается кристаллизация компонента А. Таким образом в равновесии будут находиться уже три фазы: расплав, кристаллы А и В. Степень свободы при этом становится равной нулю. Таким образом, точка эвтектики на диаграмме определяет нонвариантное состояние. Дальнейшее понижение температуры невозможно без изменения числа равновесных фаз. Поэтому в точке эвтектики закончится кристаллизация исходного состава системы, а пропадающей фазой при этом будет расплав. По окончании кристаллизации система становится моновариантной, и дальнейшее понижение температуры приводит к охлаждению смеси кристаллов А и В.

Фазовые изменения любого другого бинарного состава системы будут протекать аналогично рассмотренному. Исключение составляет исходный состав, совпадающий с точкой эвтектики. Для него при температуре Т_е начинается одновременная кристаллизация компонентов А и В и при этой же температуре кристаллизации закончится.

Таблица 1

Фазовые изменения системы при охлаждении

Температура	Равновесные фазы	Степень свободы
Т = То	Lm	2
Т = Т1	Lm + кр.В	1
Те < Т < Т1	Lm- + Lе + кр.В	1
Т = Те	Lе + кр.А +кр.В	0
Т < Те	кр.А + кр.В	1