5.4 Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения (IV рода)

Химическое соединение, характеризуется определенным соотношением компонентов. Если компоненты А и В образуют химическое соединение А_пВ_т, то, следовательно, на n+m его атомов приходится n атомов А и m атомов В. Определенному атомному соотношению соответствует и определенное соотношение по массе.

Химическое соединение устойчиво, если его можно нагреть без разложения до расплавления, и неустойчиво, если при нагреве оно разлагается. В зависимости от этого могут быть два вида диаграмм. Кроме того, возможно образование нескольких химических соединений между двумя компонентами, а также растворимость на базе химического соединения (это находит отра­жение в диаграмме состояния).

5.4.1 Диаграмма с устойчивым химическим соединением

Предположим, что оба компонента образуют одно устойчивое соединение А_пВ_т, причем и это соединение, и чистые компоненты не образуют в твердом состоянии растворов.

Компонентами системы являются вещества А и В,

твердыми фазами — А, А_пВ_т и В. Из четырех возможных в этой системе фаз могут сосуществовать три: L, А, А_пВ_т или L, В, А_пВ_т.

Это химическое соединение устойчиво, поэтому оно может быть нагрето без разложения до своей температуры плавления (точка С). Химическое соединение плавится при постоянной температуре. Химическое соединение можно рассматривать как однокомпонентную систему (один компонент — химическое соединение ), тогда при плавлении с = k—f+ 1=1—2+1 = 0

На рисунке 5.8а показана диаграмма состояния с устойчивым химическим соединением А_пВ_т. Точка С соответствует температуре плавления этого химического соединения. На диаграмме имеются две эвтектические точки Е₁ и Е₂. Эвтектика Е₁ представляет собой смесь кристаллов компонента А и химического соединения, а эвтектика Е₂ — кристаллов В и химического соединения. Соответствующими реакциями образования эвтектических смесей являются: , .

На линиях Е₁C и СЕ₂ выделяются первичные кристаллы химического соединения. Следовательно, заэвтектические сплавы в отношении эвтектики Е₁ и доэвтектические сплавы в отношении эвтектики Е₂ в твердом состоянии состоят из первичных кристаллов А_пВ_т и эвтектики Е₁ или Е₂.

а)

б)

Рисунок 5.8 Диаграмма состояния

а) - с устойчивым химическим соединением

б) - с неустойчивым химическим соединением

Кристаллизация сплавов по этой диаграмме происходит аналогично кристаллизации сплавов, образующих механическую смесь кристаллов чистых компонентов. Таким образом, диаграмма с химическим соединением представляет собой как бы приставленные одна к другой две простые диаграммы. Можно раз делить такую диаграмму на две части по вертикали, соответствующей химическому соединению, и изучать каждую часть диаграммы отдельно.

5.4.2 Диаграмма с неустойчивым химическим соединением

В отличие от диаграммы с устойчивым химическим соединением на рисунке 5.8б приведена диаграмма состояний, где два компонента образуют неустойчивое химическое соединение, которое при нагреве до определенной температуры (t) разлагается на жидкость и один из компонентов, т.е. не расплавляется полностью.

На линии DCF находятся в равновесии три фазы: жидкость концентрации D, кристаллы компонента В и кристаллы химического соединения А_пВ_т.

При нагреве неустойчивое химическое соединение А_пВ_т разлагается на жидкость концентрации D и кристаллы В. При охлаждении, следовательно, произойдет обратная реакция:

Реакция эта подобна перитектической; жидкость реагирует с выпавшими ранее кристаллами, но образует не новый твердый раствор, как в случае перитектической реакции, а химическое соединение.

Процесс кристаллизации сплава I в равновесных условиях будет протекать следующим образом. В точке 1 начинается кристаллизация, выпадают кристаллы В, и концентрация жидкости изменяется по кривой 1 — D

В точке 2 при постоянной температуре образуется неустойчивое химическое соединение. По окончании реакции в избытке остается жидкость, которая кристаллизуется с выделением соединения А_пВ_т до тех пор, пока концентрация жидкости не достигнет точки Е. Тогда оставшаяся жидкость кристаллизуется в эвтектику, состоящую из кристаллов А и химического соединения.

Следовательно, на кривой будем иметь две площадки. верхнюю, соответствующую образованию неустойчивого химического соединения,

и нижнюю, соответствующую образованию эвтектики А + А_пВ_т.