2.4.6. Діаграма стану сплавів, компоненти яких утворюють обмежені тверді розчини та евтектику

Діаграми стану сплавів з обмеженими твердими розчи­нами та евтектикою утворюють компоненти, які в рідкому стані розчиняються необмежено, а в твердому стані обмежено і здатні до евтектичного перетворення. У системах з обмежени­ми твердими розчинами компоненти помітно відрізняються роз­мірами атомів, фізико-хімічними властивостями, а також кри­сталічною будовою, тобто в них відсутні умови для формування необмежених твердих розчинів. Обмежену розчинність можуть мати і тверді розчини заміщення, і тверді розчини проникнен­ня. Однією з діаграм цього типу є діаграма системи Al — Si.

Компоненти системи — Алюміній і Силіцій. Фази систе­ми: рідкий розчин Р, а — твердий розчин Si в А1 і (3 — твердий розчин А1 в Si.

Кристалізація сплавів починається на лінії ліквідує АЕВ (рис. 2.4.7) і закінчується на лінії солідус ACEDB. Тут на ділянці АЕ лінії ліквідує утворюються кристали аі, а на ділянці ЕВ — кри­стали (Зі. Між лініями ліквідує і солідус у рівновазі одночасно

перебувають дві фази: зліва від точки Е — рідкий розчин Р і кристали аі, справа від точки Е — рідкий розчин Р і кристали рі. Склад рідкого розчину Р при зниженні температури зміню­ється по лініях АЕ і BE, а склад твердих розчинів cti і рі — по лініях АС і BD відповідно. При температурі 577 °С, що відпові­дає лінії CED, кристали а мають склад точки С (1,65 % Si), кристали Р — склад точки D (0,5 % А1), а рідкий розчин Р — склад точки Е (11,7 % Si). Як бачимо, лінії АЕ, BE і CED перети­наються в точці Е, яка належить обом ділянкам лінії ліквідує і одночасно співпадає з лінією солідус. Рідкий розчин складу точ­ки Е (Р_в) при температурі 577 °С зазнає евтектичного перетво­рення за реакцією:

Сплав, у якому відбувається одночасно кристалізація двох фаз при сталій температурі, називають евтектичним, а утво­рену за реакцією (2.4.6) дрібну двофазову структуру — евтек­тикою. Під час евтектичного перетворення згідно з правилом фаз (С = К+1 — Ф = 2 + 1 — 3 = 0) існує нонваріантна рівно­вага. Нонваріантна рівновага характеризується тим, що всі пе­ретворення відбуваються при сталій температурі.

Користуючись правилом відрізків (див. п. 2.4.5), можна до­вести, що рідкий розчин сплавів в інтервалі концентрацій С — D (1,65...99,5 % Si) при досягненні температури 577 °С набуває складу точки Е. А рідкий розчин цього складу під час охоло­дження зазнає евтектичного перетворення на всій лінії CED. Отже, в момент закінчення евтектичного перетворення доевтектичні сплави правіше від точки С і лівіше від точки Е мають структуру [ctic+ евт(а_с + р₀)], евтектичні сплави складу точки Е — структуру [евт(а_с + Pd)], a заевтектичні сплави , що лежать правіше від точки Е і лівіше від точки D, — структуру [р_ш+ евт(а_с + р_д)].

Однією з особливостей діаграми даного типу є структурні перетворення у твердому стані, про що свідчать лінії CG і DF, розташовані нижче від лінії солідус. CG є лінією граничної розчинності Si в Al, a DF — лінією граничної розчинності А1 в Si. На цих лініях маємо насичені тверді розчини, а лівіше від CG і правіше від DF — ненасичені тверді розчини. Зі

зниженням температури гранична розчинність одного компонен­та в іншому зменшується, внаслідок чого виділяються вторинні кристали.

Отже, вторинною кристалізацією називається виділення кристалів надлишкової фази із твердого розчину внаслідок змен­шення розчинності одного компонента в іншому зі зміною тем­ператури. Вторинним кристалам присвоюють індекс II (an, |3ц) на відміну від первинних кристалів (сч, (Зі), що виділились із рідкого розчину. Евтектичний сплав К₃ зазнає перетворення за реакцією (2.4.6). Під час охолодження його до кімнатної темпе­ратури із кристалів евтектики а й |3 виділяться вторинні крис­тали an й Рп.

Заевтектичний сплав #₄ кристалізується аналогічно сплаво­ві К₂- Виберемо на лінії складу К₄ точку Ь, яка лежить у двофазовій області між лініями ліквідує і солідус. Проекція точки а коноди на лінію складу відповідає процентному вмісту крем­нію в рідкому розчині, а проекція точки с — вмісту кремнію

в твердому розчині. Масова частка Q_P рідкого розчину Р для точки b за правилом відрізків становить:

і масова частка Q_r твердого розчину [і —

Структура заевтектичного сплаву після повного охолодження:

Криві охолодження для сплавів К_и К.,, К₃ і К_А зображені на рис. 2.4.8, б, г.