Трехкомпонентные системы.
На практике наряду с двухкомпонентными системами гораздо чаще приходится иметь дело с системами, составленными из трех и более компонентов. Уравнение состояния трехкомпонентных систем связывает между собой пять параметров и имеет следующий вид:
. (6.12) Из (6.12) следует, что диаграмма состояния трехкомпонентной системы не может быть изображена на плоскости. Полагая, что Р = const и С1 + С2 + С3 = 1, если способ выражения состава сплавов мольные доли, трехкомпонентную диаграмму можно построить в трехмерном пространстве. Составы трехкомпонентных сплавов принято изображать на плоскости с помощью концентрационного треугольника. В вершинах треугольника располагаются чистые компоненты А, В и С, а три его стороны отражают составы двойных сплавов. Ось, перпендикулярная плоскости концентрационнго треугольника - температурная ось. Свойства концентрационного треугольника. Первое свойство. Если из какой-то точки М, лежащей в плоскости треугольника опустить три перпендикуляра на стороны, то:
МА + МВ + МС = const = BD, где BD - высота концентрационного треугольника (рис. 6.9, а).
Если BD принять за 100%, то каждый из перпендикуляров - концентрация каждого из компонентов в сплаве: Ма = % А; Мb = % B; Mc = % C. Второе свойство. Если через точку М, лежащей в плоскости треугольника, провести три параллельные сторонам треугольника прямые, то сумма отрезков Аb, Bc и Са, отсекаемых этими прямыми на сторонах треугольника - величина постоянная и равная стороне треугольника:
Аb + Вс + Са = const = АВ. Если АВ = % В, Вс = % С и Са = % А, то состав трехкомпонентного сплава определен. Таким образом, зная свойства равностороннего треугольника, по положению фигуративной точки можно оценить состав трехкомпонентного сплава или, зная его состав, можно найти положение фигуративной точки в плоскости концентрационного треугольника. Как и для двухкомпонентных систем, сложность диаграмм состояния трехкомпонентных систем зависит от взаимной растворимости компонентов и от возможности образования между ними химических соединений. Наиболее простой является диаграмма состояния трехкомпонентной системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях (рис. 6.10).
Д ля диаграммы на рис. 6.10 ТS (B) > ТS (A) > ТS (С) т. А’, B’ и C’ - температуры плавления чистых компонентов. Грани призмы - двойные системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом и жидком состояниях. Через три ликвидуса проходит поверхность ликвидуса. Выше поверхности ликвидуса находится объем жидких растворов (L). Через три солидуса проходит поверхность солидуса. Ниже поверхности солидуса располагается объем твердых растворов (
). Объем пространства между поверхностями ликвидуса и солидуса занят равновесной двухфазной системой из жидких и твердых растворов (L + ). Интервал между поверхностью ликвидуса и солидуса - интервал кристаллизации (плавления) сплавов трехкомпонентной системы. Сплав состава т. М (рис. 6.10) при Т > Т1 находится в состоянии ненасыщенного жидкого раствора. Кристаллизация сплава начинается при Т1, лежащей на поверхности ликвидуса. Состав первых кристаллов - твердого раствора соответствует проекции точки 1’ на плоскость концентрационного треугольника. При дальнейшем понижении температуры от Т1 до Т2 жидкость постепенно принимает состав т. 2’ и исчезает, а кристаллы - твердого раствора - т. 2. Поэтому процесс кристаллизации сплава изображается уравнением вида: . (6.10) Ниже температуры Т2 происходит охлаждение кристаллов твердого раствора . При работе с диаграммами состояния трехкомпонентных систем удобно пользоваться их разрезами - поли- и изотермическими. Изотермические разрезы характеризуют фазовые равновесия в тройных сплавах, а по политермическим разрезам устанавливают температуры начала и конца кристаллизации сплавов и т.д.