3. Диаграммы состояния сплавов, образующих неограниченные твердые растворы.

Диаграмма состояния для случая полной взаимной растворимости компонентов A и B в жидком и твердом состояниях и изменение энергии Гиббса в зависимости от концентрации и температуры даны на рис. 13.

П

Рис. 13. Диаграмма состояния системы, состоящей из двух компонентов, неограниченно растворяющихся в жидком и твердом состояниях, и энергия Гиббса растворов при разных температурах.

ри температуре выше линии t_Aat_B, называемой линией ликвидус, существует только жидкая фаза Ж. В этой области энергия Гиббса жидкой фазы меньше энергии Гиббса твердого раствора, состоящего из компонентов A и B.

В области ниже линии t_Aбt_B, называемой линией солидус, устойчив α-твердый раствор, так как его энергия Гиббса меньше энергии Гиббса жидкой фазы.

Между линиями ликвидус и солидус в равновесии находятся жидкая фаза и α-твердый раствор. При температуре t₂ энергия Гиббса меняется с изменением состава по линии G_жабG_α. В интервале t_AC_а устойчив жидкий раствор, а в интервале C_бt_B— α-твердый раствор.

В интервале C_аC_б равновесным является двухфазное состояние: жидкость состава точки а (C_а) и кристаллы α состава точки б (C_б). Энергия Гиббса этих сплавов определяется прямой аб, являющейся отрезком общей касательной к кривым изменения свободной энергии жидкого G_ж и твердого G_α растворов.

П

Рис. 14. Построение диаграммы состояния для случая неограниченной растворимости компонентов А и В в твердом и жидком состояниях:

а – кривые охлаждения; б – диаграмма состояния

остроение диаграммы состояния методом термического анализа приведено на рис. 14.

Температура охлаждаемого чистого компонента А равномерно понижается до t_A (кривая А), при которой компонент А затвердевает. На кривой отмечается остановка (прямой участок), так как согласно правилу фаз только в этом случае при постоянной температуре могут существовать две фазы—твердая и жидкая (С=1+1-2=0). После затвердевания компонента А, когда Ф=1, температура снова равномерно понижается. Аналогично может быть рассмотрена кристаллизация и компонента B.

При охлаждении сплава 1 температура понижается до t₁. При температуре t₁ начинается процесс кристаллизации и на кривой охлаждения отмечается перегиб (критическая точка), связанный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации.

Начиная от температуры t₁, из жидкого сплава кристаллизуется α-твердый раствор. Процесс кристаллизации протекает при понижающейся температуре, так как согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии двух фаз число степеней свободы будет равно единице (С=2+1-2=1).

При достижении температуры t₂ сплав затвердевает, и при более низких температурах существует только α-твердый раствор. Аналогично затвердевают и другие сплавы.

Если найденные критические точки перенести на диаграмму, где по оси абсцисс нанесен состав сплава, а по оси ординат – температура, и одноименные критические точки соединить плавными кривыми, то получится диаграмма состояния системы сплавов А и В, образующих непрерывный ряд твердых растворов (Рис. 14. б.). Начало затвердевания сплавов происходит при температурах, соответствующих линии ликвидус t_Аt₁t₃t₅t_В. Температура окончания кристаллизации соответствует линии солидус t_Аt₂t₄t₆t_В. В интервале температур между линиями ликвидус и солидус существуют две фазы—жидкий сплав и α-твердый раствор.