2. Характеристика фаз двухкомпонентной системы Al-Cu

В системе Al-Cu установлено наличие 15 фаз. Две фазы α₁ и β₂ являются твердыми растворами на основе Cu и Al, соответственно. Шесть фаз β₁, γ₁, ε₁, η₁, χ и θ образуются с участием жидкой фазы, остальные – α₂, γ₂, δ, ε₂, ζ₁, ζ₂ и η₂ – образуются в результате превращений в твердом состоянии.

1. α₁ – твердый раствор на основе компонента Cu. Охватывает широкую область составов, причем с понижением температуры растворимость Al в α₁ повышается. По данным измерения микротвердости при температурах 900, 800, 700 и 500°С она составляет 16,61; 17,38; 18,54 и 19,7 % (ат.) Al. Максимальная растворимость Al соответствует 19,7 % (ат.) Al при эвтектоидной температуре 565° С. Фаза α₁ имеет гранецентрированную кубическую решетку, аналогичную решетке меди, параметр которой увеличивается с повышением содержания алюминия.

2. α₂ – твердый раствор компонентов Al и Cu друг в друге. Фаза α₂ кристаллизуется по перитектоидной реакции при температуре 363° С: (α₁)_19,7 + (γ₂)₃₁ → (α₂)₂₃¹

Стабильна до комнатной температуры. Растворимость меняется от 23 % (ат.) Al при температуре 363° С до 22; 23,5 % (ат.) Al при комнатной температуре. Эта фаза имеет ту же кристаллическую структуру, что и α₁-твердый раствор (ГЦК) и приблизительно тот же параметр решетки.

3. β₁ – твердый раствор на основе соединения Cu₃Al. Кристаллизуется из расплава по кривой с максимумом. Температура конгруэнтного плавления соответствует 1049 ± 1° С, а концентрация Al при этом составляет 26,3 % (ат.) Al. Стабильна до температуры 565° С, при которой она распадается по эвтектоидной реакции:

(β₁)_23,9 → (α₁)_19,7 + (γ₂)₃₁

В сплавах β-области в зависимости от термообработки и условий охлаждения могут наблюдаться две метастабильные фазы β’ и β.

4. β₂ – твердый раствор на основе компонента Al. Растворимость Cu в твердом растворе β₂ при эвтектической температуре 548° С составляет 2,48 ± 0,05 % (ат.) Cu и уменьшается с понижением температуры.

5. γ₁ – твердый раствор компонентов Al и Cu друг в друге. Фаза γ₁ кристаллизуется по перитектической реакции при температуре 1022° С:

L_33,9 + χ_32,4 → (γ₁)_32,6

Стабильна при высоких температурах, а при температуре 780° С распадается по эвтектоидной реакции:

(γ₁)₃₁ → (β₁)_27,2 + (γ₂)₃₁

Эта фаза имеет кубическую решетку с 52 атомами в элементарной ячейке. Параметр решетки фазы γ₁ равен 0,87052 нм [1].

6. γ₂ – твердый раствор на основе соединения Cu­₉Al₄. Фаза γ₂ кристаллизуется по перитектоидной реакции при температуре 873° С:

(ε₁)_38,6 + (γ₁)₃₄ → (γ₂)_36,1

Стабильна до комнатной температуры. Область гомогенности: 31 – 37,5 % (ат.) Al. Эта фаза имеет моноклиническую решетку с 102 атомами в элементарной ячейке.

7. δ – твердый раствор компонентов Al и Cu друг в друге. Фаза δ кристаллизуется по перитектоидной реакции при температуре 686° С:

(ε₂)_40,8 + (γ₂)_37,2 → δ_38,1

Стабильна до комнатной температуры. Область гомогенности: 38,1 – 40,7 % (ат.) Al.

8. ε₁ – твердый раствор компонентов Al и Сu друг в друге. Фаза ε₁ кристаллизуется по перитектической реакции при температуре 958° С:

L_40,2 + (γ₁)_37,1 → (ε₁)_37,9

Фаза стабильна в небольшом участке температур и концентраций: от 958° С до 850° С и от 39,7 % (ат.) Al до 38,9 % (ат.) Al. При температуре 850° С распадается по перитектоидной реакции:

(ε₁)_38,9 + (γ₂)_37,5 → (ε₂)_38,9

8. ε₂ – твердый раствор компонентов Al и Cu друг в друге. Фаза ε₂ кристаллизуется по перитектоидной реакции при температуре 850° С:

(ε₁)_38,9 + (γ₂)_37,5 → (ε₂)_38,9

Фаза ε₂ существует в узком интервале концентраций: от 38,9 % (ат.) Al до 45 % (ат.) Al. Температурный интервал не велик: фаза стабильна до температуры 560° С. При этой температуре она распадается по эвтектоидной реакции:

(ε₂)_42,1 → (ζ₁)_43,1 + δ_40,7

8. ζ₁ – твердый раствор компонентов Al и Cu друг в друге. Фаза ζ₁ кристаллизуется по перитектоидной реакции при 590° С:

(η₁)_47,6 + (ε₂)_43,5 → (ζ₁)_43,8

Фаза распадается по эвтектоидной реакции при 530° С:

(ζ₁)_43,7 → (ζ₂)_43,7 + δ_40,2

Область существования твердого раствора очень мала.

8. ζ₂ – твердый раствор компонентов Al и Cu друг в друге. Фаза ζ₂ кристаллизуется по перитектоидной реакции при 570° С:

(ζ₁)_44,8 + (η₁)_47,7 → (ζ₂)_44,8

Фаза остается стабильной до комнатной температуры. Область гомогенности: 43,7 – 44,8 % (ат.) Al.

8. η₁ – твердый раствор компонентов Al и Cu друг в друге. Фаза η₁ кристаллизуется перитектической реакции при 624° С:

L_63,7 + (ε₂)₄₅ → (η₁)_48,2

Так же как и фаза ζ₁ существует в достаточно небольшом интервале температур и концентраций. Фаза η₁ распадается по эвтектоидной реакции при 560° С:

(η₁)_47,7 → (η₂)_47,7 + (ζ₂)₄₅

8. η₂ – твердый раствор компонентов Al и Cu друг в друге. Фаза η₂ кристаллизуется перитектоидной реакции при 624° С:

(η₁)_50,2 + θ₆₇ → (η₂)_50,2

Фаза η₂ стабильна до комнатной температуры. Область гомогенности: 47,7 – 50,2 % (ат.) Al.

8. θ – твердый раствор на основе соединения CuAl₂. Фаза кристаллизуется по перитектической реакции при 591° С:

L_67,8 + (η₁)_50,2 → θ_67,2

Фаза θ стабильна до комнатной температуры. Область гомогенности: 67 – 68,1 % (ат.) Al.

8. χ – твердый раствор компонентов Al и Cu друг в друге. Фаза χ существует только в области высоких температур. Кристаллизуется она по перитектической реакции при 1037° С:

L_30,8 + (β₁)_29,1 → χ_29,8

Температурный и концентрационный интервалы существования фазы невелики: 1037 – 964° С и 29,8 – 30,1 % (ат.) Al. Распадается фаза по эвтектоидной реакции при 964° С:

χ_30,1 → (β₁)_29,4 + (γ₁)_31,5

Вся характеристика фаз сведена в таблицу 1. Информация о кристаллической структуре была взята из справочника.

Таблица 1. Характеристика фаз двухкомпонентной системы Al-Cu
№	Фаза	Кристаллическая структура				Реакция образования		Реакция распада		Температурная область существования, ° С
		Прототип	Параметры решетки, нм
			a	b	c
1	α2	Al3Ti	0,3668	–	0,3677		α1 + γ2 → α2		–		363 – Tкомн.
2	β1	W	0,29564	–	–		L → β1		β1 → α1 + γ2		1049 – 565
3	γ2	Al4Cu9	0,87052	–	–		ε1 + γ1 → γ2		–		873 – Tкомн.
4	δ2	–	0,86899	–	–		ε2 + γ2 → δ		–		686 – Tкомн.
5	ε2	AsNi	0,4146	–	0,5063		ε1 + γ2 → ε2		ε2 → ζ1 + δ		850 – 560
6	ζ1	–	0,810	–	0,999		η1 + ε2 → ζ1		ζ1 → ζ2 + δ		590 – 530
7	ζ23	–	0,707	0,408	1,002		ζ1 + η1 → ζ2		–		570 – Tкомн.
8	η1	–	0,410	1,2024	0,865		L + ε2 → η1		η1 → η2 + ζ2		624 – 560
9	η2	Al10Cu10	1,2066	0,4105	0,6913		η1 + θ → η2		–		624 – Tкомн.
10	θ	Al2Cu	0,6066	–	0,487		L + η1 → θ		–		– Tкомн.