18. Эвтектикалық ауысуы бар күй диаграммаларын түсіндіріңіз

. В двойных системах, в которых кристаллические структуры компонентов различаются, а их растворение друг в друге приводит к понижению температур кристаллизации, могут происходить эвтектические^٭ превращения.

Диаграмма с эвтектикой схематически показана на рис. 3.8а. Она состоит из шести фазовых областей: однофазная область жидкого раствора Ж, двухфазные области жидкий раствор Ж+твердый раствор α и жидкий раствор Ж+твердый раствор β; однофазные области первичных твердых растворов α и β; двухфазная область сосуществования твердых растворов α+β.

Наклонные линии ликвидуса А'е и В'е представляют собой геометрическое место фигуративных точек жидких растворов предельной концентрации при соответствующих температурах.

Наклонные линии солидуса А'с и B'd являются геометрическим местом фигуративных точек твердых растворов предельной концентрации, существующих при определенных температурах, превышающих эвтектическую температуру T_e.

Горизонтальная линия ced является эвтектической линией. Только три точки на линии ced являются фигуративными, они характеризуют предельную концентрацию твердых растворов α (точка с) и β (точка d) и жидкого раствора (точка е) при температуре эвтектического превращения.

٭ эвтектика (eutektos – (греч) – легко плавящийся) – тонкая смесь твердых веществ, одновременно выкристаллизовывающихся из расплава при температуре более низкой, чем температура плавления отдельных компонентов.

	Рисунок 3.8. – Фазовая диаграмма двойной системы с эвтектическим разрывом растворимости: а – фазовые равновесия; б – кривая охлаждения сплавов, указанных на диаграмме; в – кривые изобарно-изотермных потенциалов жидких и твердых фаз при температуре эвтектики Те:
	в)

На рис. 3.8в приведено строение кривых изобарно-изотермных потенциалов твердых растворов α и β и жидкого раствора при температуре эвтектики. Эвтектическая температура Т_е и положение эвтектической точки (точки е) в случае образования в системе идеальных жидких растворов и при малой растворимости компонентов друг в друге в твердом состоянии могут быть рассчитаны из совместного решения уравнений ликвидуса компонентов А и В:

(3.49)

Особенность эвтектической линии ced состоит также в том, что при эвтектической температуре (Т_е) в сплавах состава от с до d в равновесии находятся три фазы указанного выше состава.

Задача. Определить число степеней свободы С в сплавах от с до d при Т_е.

Наклонные линии ас и bd – геометрические места фигуративных точек твердых растворов предельной концентрации, существующих при температурах ниже эвтектической (кривые растворимости).

В ходе охлаждения из однофазной области при температуре пересечения линии состава с наклонной линией диаграммы сплав оказывается в состоянии предельно насыщенного раствора. Ниже точки пересечения начинается распад пересыщенного раствора с выделением другой фазы, состав которой характеризует точка пересечения коноды со второй наклонной линией, ограничивающей данную двухфазную область. При охлаждении в пределах двухфазной области одновременно изменяются как состав обеих фаз, так и их количественное соотношение.

В сплавах составов от с до d при охлаждении происходит распад жидкого раствора состава е на два твердых раствора составов с и d по реакции:

Же↔Твс + Твd (охлаждение ↔ нагрев)

(3.50)

На диаграмме рис. 3.8а показаны линии составов четырех характерных сплавов и соответствующие им кривые охлаждения с указанием фазового состава сплавов в различных температурных интервалах. Протяженность площадки на кривой охлаждения, связанной с нонвариантным превращением для сплавов Х₃ и Х_е, пропорциональна количеству жидкого расплава, превращающегося в эвтектическую смесь при температуре Т_е. Для сплава Х_е это количество составляет 100%, а для сплавов X₁ и Х₂ 0%, для всех остальных определяется по правилу рычага или по закону аддитивности¹.

Следует обратить внимание на то, что при охлаждении любого сплава, лежащего в двухфазной области α+β, начиная с температуры Т_е, изменяется состав обоих твердых растворов по кривым са и db (при этом они обедняются растворенным компонентом) и количественное соотношение фаз определяется по правилу рычага.

Для диаграмм с эвтектикой возникает необходимость ввести, кроме понятия «фаза», еще понятие «структурная составляющая». Для диаграммы с неограниченной растворимостью эти понятия совпадали.

В области α+β диаграммы с эвтектикой фазовый состав для любого сплава одинаков – это смесь из фаз α и β, но по условиям образования этих фаз, характеру их расположения и форме частиц сплавы различаются. Это различие существенно, поскольку свойства сплавов зависят не только от состава фаз, но также и от геометрии и характера взаиморасположения частиц фазовых составляющих.

Структурными составляющими являются первичные кристаллы, выделяющиеся из пересыщенного жидкого расплава по наклонным линиям (солидус) диаграммы; вторичные кристаллы, выделяющиеся из пересыщенного твердого раствора по наклонным линиям (линии растворимости) диаграммы; эвтектики (эвтектические смеси), представляющие собой смесь кристаллов двух твердых фаз, одновременно образующихся по эвтектической реакции (3.50). Схематичный вид различных структурных составляющих² показан на рис. 3.9.

Таким образом, сплавы в системе, приведенной на рис. 3.8 а, включают следующие структурные составляющие:

от А до Х_α – α-первичные кристаллы;

от Х_α до Х_с – α-первичные + β-вторичные кристаллы;

от Х_с до Х_е (доэвтектические сплавы) – α-первичные кристаллы + эвтектика (α + β)+ β-вторичные кристаллы;

Х_е (эвтектический сплав) – эвтектика (α+β);

от Х_е до Х_d (заэвтектические сплавы) – β-первичные кристаллы + эвтектика (α+β) + α-вторичные кристаллы;

от X_d до Х_b – β-первичные + α-вторичные кристаллы;

от Х_b до В – β-первичные кристаллы.

Диаграммы с эвтектикой, схематически рассмотренные выше, характеризуются тем, что предельная концентрация растворов αиβ относительно велика. Взаимная растворимость компонентов, хотя и ограничена, но составляет единицы и даже десятки процентов. В этих случаях оба компонента являются элементами с одинаковой природой химических связей.

^{_______________________________________________________________________________________________________ 1}Количестенное сопоставление размеров горизонтальных площадок на кривых охлаждения или нагрева возможно лишь для сплавов одинаковой массы.

²При температуре эвтектического превращения эвтектика состоит и первичных кристаллов, а при понижении температуры в ней появляются и вторичные кристаллы.

Рисунок 3.9. – Схематическое изображение структуры некоторых сплавов диаграммы с эвтектическим разрывом растворимости, содержащих различные структурные составляющие (а-д) и структура эвтектического сплава квазидвойной системы InTe-Sb2 (e) [состав сплава 72% (мол.) Sb2 – 28% (мол.) InTe; ×120]; а – α-первичные кристаллы; б – α-первичные кристаллы +β-вторичные кристаллы; в – α-первичные «эвтетика» (α+β); г – «эвтетика» (α+β); д – β-первичные кристаллы + эвтетика.