Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (III рода) Диаграмма с эвтектическим превращением

Исходные данные: компоненты неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно растворимы в твердом состоянии и не образуют химических соединений.

Компоненты: химические элементы А, В (К=2).

Фазы: жидкость Ж, твердые растворы  (раствор компонента А в В) и  ( раствор компонента В в А) (Ф=3).

Такой тип диаграмм широко распространен у промышленных сплавов: Fe-C, Al-Cu и др.

В рассматриваемой системе ограниченная растворимость компонентов в твердом состоянии может не меняться с изменением температуры, а может и меняться (рисунок слева).

GCH – линия ликвидус, выше которой все сплавы имеют однородный жидкий раствор. Линия GEDH – линия солидус, ниже которой в сплавах отсутствует жидкая фаза.

Компоненты А и В не могут при затвердевании образовывать собственных кристаллов, т.к. они между собой образуют твердые растворы  и  в тех областях диаграммы, которые расположены соответственно слева от вертикали EN и справа от линии DF. В этих областях все сплавы кристаллизуются в интервале между ликвидусом и солидусом. Соответственно в области слева от EN при кристаллизации из жидкости начинают выделяться кристаллы твердого раствора . В интервале кристаллизации сплавы имеют двухфазную структуру Ж+a. После завершения кристаллизации до самого охлаждения эти сплавы имеют структуру однородного твердого раствора a. Аналогично справа, с той разницей, что выделяются кристаллы -твердого раствора.

У сплавов, расположенных в интервале между точкой F и проекцией точки D, первичная кристаллизация в интервале между ликвидусом и солидусом протекает аналогично описанной. Сплавы после завершения кристаллизации до пересечения с линией DF имеют однородную структуру b-твердого раствора (например, сплав IУ между точками 2 и 3). При дальнейшем охлаждении этих сплавов (сплав IУ ниже точки 3) до полного охлаждения в структуре этих сплавов происходят изменения, связанные с выделением из b-твердого раствора второй фазы a_П, причиной появления которой является уменьшение предела растворимости b-твердого раствора при снижении температуры. На это указывает наклонный характер кривой DF. При понижении температуры твердый раствор b становится пересыщенным компонентом А, и для приведения системы в равновесие из этого твердого раствора выделяется избыток растворенного компонента А. Но т.к. чистые компоненты в этой системе не могут существовать как самостоятельные фазы (они должны образовать твердые растворы), то на базе избыточных кристаллов компонента А образуется сразу же a-твердый раствор, кристаллы которого выделяются из b-твердого раствора и располагаются в виде мелкодисперсных включений внутри зерен основной фазы. Такие избыточные кристаллы, выделяющиеся не из жидкости, а из твердой фазы, обозначаются a_П (вторичные a-кристаллы), а сам процесс выделения новой фазы в твердом состоянии называется вторичной кристаллизацией.

Точки E и N характеризуют предельную растворимость компонента В в компоненте А, т.е предельную концентрацию a-твердого раствора при эвтектической и комнатной температурах, а точки D и F – предельную растворимость компонента А в компоненте В, т.е. предельную концентрацию b-твердого раствора при эвтектической и комнатной температурах.

Точки E и D являются границами линии ED, в пределах которой протекает эвтектическое превращение, а точка С – эвтектической точкой. Во всех сплавах, расположенных в пределах границ эвтектической линии, будет проходить эвтектическое превращение, аналогичное тому, которое имеет место на диаграммах состояния I рода с той разницей, что в данном случае эвтектика состоит не из механической смеси компонентов А и В, а из механической смеси их твердых растворов a и b. Эвтектика в этом случае будет иметь вид Э(a+b), а эвтектическая реакция: ЖЭ(a_E+b_D). Сплав компонентов А и В, соответствующий проекции точки С, т.е. сплав состава точки С, называется эвтектическим.

Все сплавы, расположенные между точками С и Е, называются доэвтектическими. Их кристаллизация начинается с выделения кристаллов a-твердого раствора. В интервале кристаллизации у этих сплавов будет двухфазная структура Ж+a. На линии ЕС в доэвтектических сплавах будет проходить эвтектическая реакция у той части жидкости Ж, которая еще осталась в сплаве на этот момент (ее количество определяется по правилу отрезков). Доэвтектические сплавы после окончания охлаждения будут иметь структуру a+Э(a+b).

Все сплавы, расположенные между С и D, называются заэвтектическими. Их кристаллизация начинается с выделения кристаллов b-твердого раствора. В интервале кристаллизации эти сплавы имеют двухфазную структуру Ж+b. На линии CD будет проходить эвтектическая реакции: ЖЭ(a+b). При дальнейшем охлаждении из твердого раствора b будет выделяться a_П. Т.е. все заэвтектические сплавы ниже температуры эвтектического превращения будут иметь структуру b+Э(a+b)+a_П. Эта структура содержит три структурных составляющих: b, Э(a+b) и a_П, но при этом структура остается двухфазной: a-фаза и b-фаза.