2. Діаграма стану сплавів з необмеженою розчинністю компонентів

Т ака діаграма стану приведена на мал. 3.2. На цій діаграмі верхня лінія — це лінія початку кристалізації або ліквідус, а нижня — лінія кінця кристалізації або солідус. Вище за лінію ліквідусу всі сплави знаходяться в рідкому стані, нижче за лінію солідуса — в твердому стані. Між лініями ліквідусу і солідуса відбувається затвердіння сплавів і вони складаються з рідкої і твердої фаз.

Структура всіх цих сплавів в умовах рівноваги однорідна, складається із зерен, що є твердим розчином одного компоненту в іншому, а мікроструктура таких сплавів така ж, як у чистих металів.

Розглянемо процес кристалізації якого-небудь сплаву по цій діаграмі при дуже повільному охолодженні, тобто повністю в рівноважних умовах. Нехай кристалізується сплав І — І складу 50% компоненту А і 50% компоненту В (мал. 3.2). При температурі t_л починається кристалізація і утворюються перші кристали. На будь-якій діаграмі стану склад твердої частини сплаву (склад кристалів, що знаходяться в рівновазі з рідиною) при даній температурі показує лінія солідус. Відповідно, перші кристали, що утворились, мають склад точки М. При подальшому охолодженні, коли сплав досягає, наприклад температури t₁, в рівновазі з рідиною находяться лише кристали складу точки Л.

Розглянемо, яким чином раніш утворені кристали складу точки М перетворюються в кристали складу точки Л. В кристалах складу М більшість це компонент В, чим в кристалах складу Л, відповідно кристали складу М збагачуються компонентом А. Цей процес відбувається за рахунок дифузії атомів компонента А в кристали, що вже утворились при даній температурі. При достатній витримці або повільному охолодженні при t₁ встановлюється рівновага кристалів складу точки Л і рідкого сплаву. Але в кристалах складу точки Л компоненту В більше, ніж в сплаві, отже, рідка частина сплаву бідніша компонентом В. При цій температурі склад рідини частини сплаву визначається лінією ліквідусу, тобто крапкою N.

При подальшому охолоджуванні, коли сплав досягає температури t₂ та встановлюється рівновага, сплав складається з кристалів твердого розчину складу крапки К і рідкої частини сплаву складу точки Р.

Таким чином, чим нижче температура, тим більше кристалів твердого розчину і тим вони по складу ближчі до початкового (тобто в даному випадку 50% компоненту А і 50% компоненту В). Досягнувши температури t_c сплав повністю затвердіє і складається з однорідних кристалів твердого розчину. Так відбувається процес за умови дуже повільного охолоджування, коли склад кристалів встигає повністю вирівнятися.

При прискореному охолоджуванні (в реальних умовах охолоджування) склад кристалів не виходить однорідним. Це відбувається тому, що швидкість кристалізації більше швидкості дифузії.

Вирівнювання концентрації за об'ємом кристалів відбувається виключно шляхом дифузії. Для того, щоб склад у всіх місцях кристала вирівнявся, потрібна дифузія атомів усередині кристалів твердого розчину і між рідиною і кристалами. Дифузійні процеси протікають дуже повільно, тому в звичайних умовах охолоджування (кристалізації) склад в різних місцях кристала не встигає повністю вирівнятися і вони мають різнорідний склад.

Неоднорідність складу всередині кристалу називається внутрикристаліною ліквацією, а оскільки така неоднорідність пов'язана з дендритним характером кристалізації, то цю неоднорідність по складу називають також дендрітною ліквацією.

Дендритну ліквацію можна усунути тривалим нагрівом сплаву при високих температурах, так званим дифузійним відпалом, під час якого інтенсивно протікає процес дифузії; неоднорідність за об'ємом, тобто зональну ліквацію, усунути не можливо.