3.2.2. Диаграммы состояния сплавов, компоненты которых нерастворимы в твердом состоянии (рис.3.5)

В таких системах образуется механическая смесь кристаллов в результате эвтектической реакции. Началу кристаллизации соответствует ликвидус (АСВ), концу кристаллизации – солидус (ДСУ). По линии АС из жидкости при охлаждении начинают выделяться кристаллы чистого компонента А (твердые растворы не образуются), по линии ВС – чистого компонента В.

Таким образом, в треугольнике ACD сосуществуют кристаллы А и жидкость, в треугольнике ВСЕ – кристаллы В и жидкость. В процессе кристаллизации, например, сплава I, состав жидкости обедняется компонентом А и обогащается компонентом В. Из диаграммы видно, что состав жидкости изменяется по кривой S-C.

Для сплава II состав жидкости изменяется по кривой Z-C. При температуре, соответствующей горизонтали DCE, жидкость состава С кристаллизуется с одновременным выделением кристаллов А и В. Образовавшаяся при одновременной кристаллизации из жидкости специфическая смесь кристаллов (А+В) называется эвтектикой. Сплав I после кристаллизации состоит из кристаллов А и эвтектики А+В и называется доэвтектическим. Сплав II состоит из кристаллов В и эвтектики А+В и называется заэвтектическим.

Рассмотрим подробнее как образуется эвтектика (рис.3.7). Пусть в жидком однородном сплаве в результате флуктуации образовался зародыш кристалла А. Окружающая жидкость обеднилась элементом А (больше концентрация элемента В); в результате на кристалле А, как на подложке, образуется кристалл В. Теперь окружающая жидкость обеднилась элементом В, в ней больше концентрации А, на кристалле В формируется кристалл А. Такая смесь получается из жидкости одновременно, при определенной температуре и определенной концентрации и называется эвтектикой (от греческого слова “легкоплавкий”) – видно (рис.3.6.), что температура плавления (она же температура затвердевания) для нее ниже, чем для обоих компонентов – А и В.

Как и в предыдущем случае, состав и количество сосуществующих фаз можно определить по правилу отрезков (рис.3.6). В точке состав жидкости соответствует проекции точки b на концентрационную ось, а состав твердой фазы – проекции точки с (в данном случае состав постоянен) это кристаллы В. Относительное количество жидкости соответствует отношению отрезков , количество твердой фазы (кристаллов В) – отношению . В точке начинается кристаллизация сплава , в точке 3 она заканчивается. При этом состав жидкости определяется в последней момент точкой С, а состав твердой фазы – точкой . Этот конкретный сплав является доэвтектическим, состоит из кристаллов и эвтектики (А+В). При этом количество кристаллов определяется отрезком , а количество эвтектики – отрезком .

3.2.3. Диаграммы состояния сплавов с ограниченной растворимостью

В таких сплавах существует жидкая фаза и два твердых раствора: - раствор компонента А и - раствор на основе компонента В. Начало кристаллизации в системе определяется линией ликвидуса АЕВ. В конце кристаллизации остаются твердые растворы. До концентраций, соответствующих точке D, это кристаллы ; конец кристаллизации – линия AD. С правой стороны диаграммы конец кристаллизации соответствует линии ВС, при этом выделяется твердый раствор .

Предельная растворимость в твердом состоянии чаще всего зависит от температуры. Для раствора она определяется линией . Для диаграммы на рис.3.7 предельная растворимость твердого раствора не зависит от температуры, что характеризуется вертикалью . Для сплавов между точками и в конце кристаллизации образуется одновременно смесь твердых растворов и - эвтектика.

Таким образом, линия на этой диаграмме является линией солидуса. Криволинейный треугольник характеризует двухфазную область , а треугольник - . Под отрезком располагается область доэвтектических сплавов, состоящих из твердого раствора и эвтектики . Под отрезком находится область заэвтектических сплавов

Рассмотрим треугольник . Ниже кривой твердый раствор является пересыщенным. При охлаждении ниже этой линии состав твердого раствора , например, для сплава , изменяется по кривой 3-F а избыток компонента В выделяется в виде кристаллов другого твердого раствора . Таким образом, в треугольнике присутствуют кристаллы твердого раствора предельной концентрации, зависящей от температуры (ее указывает кривая ), и выделившиеся из пересыщенного раствора кристаллы .

При рассмотрении изменений состава и относительного количества фаз будем пользоваться, как и раньше, правилом отрезков. Рассмотрим, например, сплав . В точке 3 из жидкости начинают выделяться кристаллы -раствора; состав их определяет точка . В процессе кристаллизации состав жидкости изменяется по кривой , а состав кристаллов - по кривой . В конце кристаллизации состав кристаллов соответствует точке , а состав жидкости – точке . Аналогично, в конце кристаллизации сплавов, находящихся правее точки , состав жидкости соответствует точке , а состав кристаллов - точке . Эвтектическая реакция идет по горизонтали и схематически имеет вид

.

К концу кристаллизации сплава относительное количество кристаллов определяется отношением , а жидкость переходит в эвтектику, количество которой соответствует .