Понятие: система, сплав, компонент, фаза, твердый раствор, химическое соединение.
Систе́ма — множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство.
Сплав — макроскопически однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов.
Твёрдые растворы — фазы переменного состава, в которых атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решётке.
Хими́ческое соедине́ние — сложное вещество, состоящее из химически связанных атомов двух или нескольких элементов
Диаграмма состояния - это графическое изображение фазового и структурного состояния сплавов конкретной системы в зависимости от температуры и концентрации компонентов. Диаграммы состояния имеют большое теоретическое и практическое значение. Они позволяют для любого сплава данной системы определить картину фазовых превращений, выбрать температуры нагрева при термической обработке, оценить механические, физические и технологические свойства. Диаграммы равновесного состояния показывают устойчивые состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии и соответствуют нагреву и охлаждению с очень малыми скоростями.
Диаграмма состояния сплавов, компоненты которой неограниченно растворимы в жидком состоянии и ограниченно в твердом (III рода)
Компоненты сплавов: компонент А и компонент В; фазы: жидкий раствор ж, ограниченный твердый раствор А(В), кристаллы компонента А и кристаллы компонента В. Твердый раствор А(В) обозначим через α. В зависимости от вида реакций в условиях существования фаз может быть два вида диаграмм: диаграмма с эвтектикой и диаграмма с перитектикой.
Диаграмма с эвтектикой. Сплавы с ограниченной растворимостью компонентов в практике встречаются чаще, чем с неограниченной. Ограниченная растворимость состоит в том, что один компонент растворяется в другом до определенного предела. Если растворяемого компонента в сплаве будет больше предела растворимости, то он в твердый раствор не войдет и образуется механическая смесь насыщенного твердого раствора и кристаллов избыточного компонента.
На этой диаграмме линия РДЕ – линия ликвидуса, линия РМДН – линия солидуса. Линия МДН – линия эвтектики [a + В]. Линия КМ показывает растворимость компонента В в компоненте А. Следовательно, концентрация сплава, соответствующая точке К показывает растворимость В в А при температуре tА, а точка М соответствует максимальной растворимости компонента В в компоненте А. Значит сплавы левее КМ состоят из кристаллов ненасыщенного твердого раствора А(В); на самой линии КМ насыщенные кристаллы А(В); правее линии КМ в сплавах, кроме насыщенных кристаллов А(В), будут еще кристаллы избыточного компонента В, которые обозначаются ВII.
Диаграмма состояния сплавов, компоненты которой неограниченно растворимы в жидком и твердом состояниях (ιι рода)
Компоненты сплавов: компонент А и компонент В; фазы: жидкий раствор Ж и кристаллы твердого раствора a.
Общий вид диаграммы приведен на рис. 30. Линия С1Д – линия ликвидус, линия С2Д – линия солидус.
Подобные диаграммы характерны для сплавов, состоящих из компонентов с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состояниях. Компоненты таких сплавов имеют одинаковые по типу с близкими параметрами кристаллические решетки.
Рассмотрим кристаллизацию сплава I. При температуре t1 образуются первые кристаллы твердого раствора состава точки m, т. е. содержащие Вm/ компонента А и А m/ компонента В. Ввиду того, что в образовавшемся твердом растворе компонента В больше, он является растворителем. Значит в начале кристаллизации выделяются кристаллы В(А) – твердого раствора компонента А в компоненте В. С понижением температуры кристаллы твердого раствора продолжают выделяться. При этом их состав меняется по линии солидуса. Одновременно с изменением состава твердого раствора изменяется и состав жидкой фазы по линии ликвидуса. Следовательно, происходит перераспределение атомов компонентов А и В между жидкой составляющей и кристаллами твердого раствора. Так, при температуре, соответствующей точке О, состав твердого раствора определяется точкой n, а жидкой фазы – точкой p.К концу кристаллизации (в условиях равновесия) все кристаллы становятся однородными и имеют состав, соответствующий точке К. Выравнивание состава кристаллов происходит за счет диффузии, т. е. перемещения атомов компонента А из жидкого расплава (в котором концентрация А более высокая) в имеющиеся кристаллы В(А).Однако диффузионные процессы протекают сравнительно медленно. Поэтому в реальных условиях быстрого охлаждения составы различных частей кристаллов полностью выровняться не успевают. Такое различие составов в одних и тех же кристаллах называется внутрикристаллической, или дендритной ликвацией. Дендритную ликвацию можно существенно понизить путем нагрева сплава в твердом состоянии до высоких температур, при которых диффузия протекает более интенсивно и состав зерен выравнивается.
