§2Б. Эвтектические сплавы: диаграммы состояния и плавкости.

1. Эвтектическому сплаву (эвтектике) соответствует вполне определенный состав компонентов А и В (см. табл. №2). Плавится и кристаллизуется эвтектика при определенной температуре (см. рис. 6). Диаграмма плавкости такого 2-х компонентного состава подобна диаграммам плавкости однокомпонентных систем.

2. В любой из ситуаций, когда состав сплава в точности не соответствует эвтектике (к примеру, вертикальные сечения L₁а₁а₂S₁ и L₂в₁в₂S₂), то понижение температуры жидкого раствора до состояния а₁ (или в₁ во второй ситуации) и ниже будет сопровождаться образованием в жидком растворе кристаллов компонента А - в первом случае; компонента В во второй ситуации. В результате этого процесса жидкий раствор обедняется тем веществом (компонентом), который первоначально в растворе был в излишнем количестве по отношению к эвтектическому составу (смотри пунктирные линии на рис. 6).

Как только в жидком растворе будет достигнуто соотношение составляющих, соответствующее эвтектике, то при и теплоотводе начинается кристаллизация этого 2-х компонентного состава (при постоянной температуре).

Диаграммы плавкости сплавов эвтектического состава.

Диаграмма плавкости такого состава должна позволить определить Т_пл, практически совпадающую с Т_кр, а также провести определение – оценку удельной теплоты фазового перехода .

Полагая, что вблизи плавления и при плавлении теплоподвод к исследуемому сплаву за единицу времени с учетом теплопотерь в окружающую среду постоянен (обозначим q₁), можно выразить:

(1)

Выразим q₁, следуя процессу нагревания эвтектического состава до плавления, характеризуемого удельной теплоемкостью С_эвт..

(2)

По определению теплоемкости для смеси веществ:

(3^’)

С_А и С_В – удельные теплоемкости компонентов; и

- процентные их доли.

(3)

С учетом уравнения теплоподвода (2) и равенства (3)

(4)

Аналогичный характер вывода можно сделать и для процесса кристаллизации-охлаждения твердого тела (см. рис. 7).

(4^’)

!*Примечание. Если в процессе нагревания и последующего охлаждения сплава температура окружающей среды изменилась, то, допустив ее линейный рост, внесите поправку на это изменение в полученные экспериментальные данные.

Диаграммы плавкости эвтектических сплавов с превышением одного из компонентов от эвтектического состава.

При повышенном содержании в составе сплава одного из компонентов (А или В) ситуация с температурой плавления–кристаллизации эвтектического состава сохраняется. Однако существенное отличие диаграмма плавкости будет иметь:

- при нагревании – после плавления эвтектики;

- при охлаждении – перед кристаллизацией эвтектического состава.

Это обусловлено тем, что плавление – кристаллизация излишнего компонента происходит при температурах выше характеристической температуры эвтектики (см. рис.6 и 8).

И все же, по диаграмме плавкости-кристаллизации состава, в неполной мере соответствующего эвтектике, можно довольно точно определить температуру плавления-кристаллизации эвтектического состава. Но, если есть небольшое превышение компонента А или В, то только приблизительно оценивается по формулам 4 и 4^’ удельная теплота плавления-кристаллизации эвтектики, (l_эвт.)

Замечание.

Если эксперимент проводится с чистым однокомпонентным металлом, то

(5)

С_ТТ – удельная теплоемкость металла в твердом состоянии.

*У чистых металлов l_пл и l_кр можно рассчитать (рекомендуется сделать) и по наклонам линий нагревания - охлаждения жидкой фазы. Однако, при этом в расчетных формулах 5 надо заменить С_ТТ на С_ж (удельная теплоемкость жидкости), а интервалы DТ_м; Dt_м; DТ_охл. и Dt_охл. отнести к жидкой фазе вблизи точек начала плавления и кристаллизации соответственно.