4. Діаграма стану сплавів, що утворюють обмежені тверді розчини та евтектику

Характерною особливістю такої діаграми є наявність при температурах нижче за лінію солідуса, тобто для твердого стану, лінії (або ліній) обмеженої розчинності. Один з видів такої діаграми стану показаний на мал. 3.4.

Н а цій діаграмі верхня лінія KCD — лінія ліквідус, що показує температури плавлення сплавів; лінія KECF — лінія солідус, що показує температури твердіння сплавів. Отже, нижчі за лінію KECF всі сплави, що складаються з компонентів А і В, знаходяться повністю в твердому стані.

Лінія SE показує зміну розчинності з пониженням температури компоненту В в компоненті А в твердому стані. В даному випадку з пониженням температури розчинність зменшується.

Отже, якщо кристалізується сплав, склад якого зліва точки S, то при будь-якій температурі вся кількість компоненту В знаходиться в твердому розчині. Кристалізація таких сплавів нічим не відрізняється від розглянутих вище умов кристалізації у разі необмеженої розчинності, тобто після затвердіння і аж до повного охолоджування структура таких сплавів складається із зерен твердого розчину.

Інший характер має кристалізація і структура сплавів, склад яких знаходиться правіше за точку S, тобто за межею розчинності.

Розглянемо для прикладу процеси, що відбуваються при охолоджуванні, наприклад, сплаву І — І (мал. 3.4).

До температури точки 1 сплав рідкий. При температурі точки 1 починається кристалізація і до температури точки 2 утворюються кристали твердого розчину В в А (позначимо їх α). В точці 2 сплав має структуру кристалів α. Від точки 2 до точки 3 відбувається охолоджування сплаву без зміни його структури. При температурі точки 3 сплав перетинає лінію граничної розчинності компоненту В в А, тобто лінію SE. Нижче за цю температуру (нижче точки 3) розчинність стає все меншою і меншою. Вся кількість компоненту В вже не може знаходитися в розчині. Частина компоненту В виходить з розчину і утворює окремі кристали компоненту В, так звані вторинні (В_ІІ).

Таким чином, після повного охолоджування сплав має структуру, що складається з твердого розчину α і вторинних кристалів компоненту В (В_ІІ).

Процес виділення вторинних кристалів з твердого розчину називається вторинною кристалізацією, на відміну від утворення кристалів в рідкому сплаві (первинна кристалізація).

У сплавах, що лежать по складу правіше за точку Е, тобто на лінії ЕСF, утворюється евтектика. Особливість цієї евтектики в тому, що вона представляє суміш не кристалів А і В, а кристалів твердого розчину α і кристалів компоненту В.

Фазові стани сплавів і структури в різних областях діаграми вказані на мал. 3.4.

5. Діаграма стану сплавів перитектичного типу

Дотепер ми розглядали випадки, у яких утворення твердого розчину відбувалося безпосередньо з рідкого сплаву. Крім того, нові тверді розчини можуть утворюватися при взаємодії рідкої і твердої фаз.

Такий процес утворення нової фази за рахунок розчинення (розплавлювання) старої фази в рідині називається перитектичним. Температура, при якій відбувається цей процес; називається перитектичною.

У момент утворення твердого розчину при цих умовах повинні існувати три фази: дві, взаємодіючі між собою, і третя — твердий розчин, що виходить у результаті цієї взаємодії. Отже, відповідно до правила фаз утворення твердого розчину по перитектичній реакції йде при постійній температурі і на діаграмі стану йому повинна відповідати горизонтальна лінія, а на кривих охолодження-зупинка (площадка).

Діаграма стану такого типу показана на мал. 3.5. Перитектичне перетворення на цій діаграмі відбувається при температурі, що відповідає лінії РMN. Лінія ліквідус – CPD, солідусу – CMND, лінії MQ та NR це лінії обмеженої розчинності компонентів в твердому стані – сольвус.

На лінії РMN відбувається перитектичне перетворення за наступною схемою: рідина та кристали, що раніше виділилися з неї, у взаємодії між собою утворюють нову тверду фазу проміжного складу:

рідина_Р + b_N → α_M

Обидві вихідні фази будуть повністю використані для утворення нової фази за умови певного їх співвідношення, згідно з правилом відрізків:

Перитектичне перетворення спостерігається в сплавах Ag-Pt, Сu-Zn, Сu-Sn, Сd-Нq, Fе-Fі₃С и т. д.