6.2. Диаграммы состояния сплавов, компоненты которых полностью растворимы в жидком и твёрдом состоянии

Полная взаимная растворимость в твёрдом состоянии возможна тогда, когда оба компонента имеют одинаковые кристаллические решётки и атомные диаметры компонентов мало различаются по размерам. Такая диаграмма состоит из 2-х линий – ликвидус и солидус, пересекающихся в точках кристаллизации чистых компонентов А и В. Все сплавы затвердевают в некотором интервале t° (С=1). Это – Ni-Cu, Ag-Au, Mo-V, Mo-W и др.

Рассмотрим затвердевание одного из сплавов этой системы состава Х_с (рис.6.3). Жидкий раствор начинает кристаллизоваться при t°=t₁. Можно предполагать, что выпадающие кристаллы должны быть того же состава, что и жидкость. Однако из жидкого раствора состава Х_с при t₁° начинают выпадать кристаллы, обогащенные более тугоплавким компонентом А. При дальнейшем охлаждении до температуры t₂ в равновесии с жидкостью состава X_b, обогащенной компонентом B, будут находиться кристаллы твёрдого раствора состава X_a. При медленном охлаждении (для сохранения равновесного состояния системы) компонент B из жидкости переходит в кристаллы X_a и они изменяют свой состав до X_c. К концу затвердевания - температуре t₃ все кристаллы будут иметь одинаковый состав X_c. Жидкость в процессе кристаллизации меняет свой состав от Х_с до X_d.

Рис. 6.3. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых

полностью растворимы в жидком и твердом состоянии

В процессе кристаллизации изменяется не только состав, но и количественное соотношение жидкой и твёрдой фаз. После окончания кристаллизации должна наблюдаться однофазная структура.

Если процесс кристаллизации протекает в условиях ускоренного охлаждения, (при получении литых деталей), то диффузионное выравнивание состава у кристаллов выпавших при температуре выше температуры t₃, не успевает происходить, в результате чего получаются кристаллы неодинакового состава и неоднородные по составу отдельные кристаллы.

Внутренние участки кристалла будут более богаты тугоплавким компонентом А, наружные – компонентом В. Эти явления неоднородности химического состава кристалла называются микроликвация.

В слитке первые кристаллы поверхности будут обогащены компонентом А, а последние, образовавшиеся внутри слитка – компонентом В. В результате возникает микроликвация в слитке.

Ликвация чаще играет отрицательную роль, особенно когда вредные примеси распределяются неравномерно, т.к. это может привести к преждевременному разрушению деталей.

Имея диаграмму состояния, можно проследить за фазовыми превращениями любого сплава и указать состав и количественное соотношение фаз при любой t°. Это осуществляется при помощи 2-х правил.

Ранее указывалось, что химический состав выделяющихся кристаллов по мере снижения температуры, изменяется по линии солидус от X_f до X_с. В то же время состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус от X_c до X_d (рис.6.3).

Правило концентраций (определение состава фаз): для определения концентрации компонентов в двух фазах через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию (коноду) до пересечения с линиями, ограничивающими эту область. Проекции точек пересечения а и b на горизонтальную ось диаграммы покажут составы фаз X_а и X_b.

Правило отрезков (количественное соотношение фаз): отрезки коноды между точкой с и точками а и b, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз: Ж_b/α_а = |ac|/|bc|

Используя эти правила и правило фаз (С = К+1–Ф) можно прочитать любую сложную диаграмму.