3.3.2.4. Диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Твердые фазы переменного состава (область, обозначенная буквой γ на рис. 27-29) называются твердыми растворами. Растворы изоморфного замещения могут иметь или не иметь ограничения в растворимости и обычно образуются веществами со сходными параметрами кристаллических решеток и размерами их структурных элементов. При образовании растворов замещения происходит замена одного атома в узле кристаллической решетки на другой. На диаграммах состояния состав твердых растворов как фаз переменного состава характеризуется наклонными линиями солидус.

Диаграмма состояния системы, компоненты которой неограниченно растворимы как в жидком, так и в твердом состоянии, образуя твердый раствор замещения, одна из простейших (рис. 27). Точки плавления компонентов Т_А и T_В соединены двумя наклонными линиями: верхняя - ликвидус, показывающая температуру начала кристаллизации жидкой фазы различного состава, а также изменение состава жидкой фазы в процессе кристаллизации из нее твердого раствора γ; нижняя - солидус, показывающая температуру конца кристаллизации жидкости и изменение состава твердого раствора, находящегося в равновесии с жидкостью.

В области диаграммы, расположенной между этими линиями, т.е. между температурами начала и конца кристаллизации системы, в равновесии находятся жидкая и твердая фазы. Состав фаз можно определить, построив при заданной температуре ноду и найдя фигуративные точки на этих линиях, а их относительное количество - по правилу рычага, т.е. по длине отрезков ноды, противолежащих фигуративным точкам этих фаз. На диаграмме отсутствуют изотермы, соответственно, на кривой охлаждения нет температурных остановок.

Р ис. 27. Диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы с образованием твердого раствора замещения.

Экзотермический эффект процесса кристаллизации твердого раствора γ показан выпуклой линией, которая повторяет форму линии ликвидус (участок кривой охлаждения от 1' до 1''). При охлаждении твердого раствора на участке от 1'' до 1''' происходит изменение состава твердой фазы, которое может сопровождаться эндотермическим эффектом. Эндотермичность процесса на кривой охлаждения показана вогнутой линией. При температурах, лежащих ниже точки кристаллизации компонента В, изменения состава твердой фазы отсутствуют, что показано на кривой охлаждения линейной зависимостью температуры от времени.

Следует обратить внимание на внешнее сходство диаграммы на рис.36 с диаграммой неконденсированной системы (рис. 16).

Так же, как и в неконденсированных системах (рис. 17), на кривых ликвидус и солидус конденсированных систем, компоненты которых неограниченно изоморфно замещают друг друга в твердом растворе, могут иметь место экстремальные точки с общей горизонтальной касательной, в которых состав жидкой и твердой фаз одинаков, а температуры начала и конца кристаллизации совпадают (рис. 28 и 29).

Рис. 28. Диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы с образованием твердого раствора замещения и максимумом на кривых ликвидус и солидус.

Рис. 29. Диаграмма состояния двухкомпонентной конденсированной системы с образованием твердого раствора замещения и минимумом на кривых ликвидус и солидус.

При построении кривых охлаждения следует обратить внимание на наличие температурной остановки при кристаллизации состава Е, продолжительность которой определяется из опыта и зависит от массы системы и скорости охлаждения.