1. Диаграмма состояния для случая полной растворимости компонентов друг в друге в твердом состоянии (изоморфные сплавы).

Изоморфные сплавы образуют между собой вещества со сходным строением атомов и кристаллической решеткой. В ходе затвердевания смеси расплавов компоненты сплава при любом соотношении образуют общую кристаллическую решетку - твердый раствор.

Вид диаграммы для двух компонентов А и В представлен на рисунке 2.

t,°C

t_пл ^В

состав расплава состав кристаллов

А 0% 50% 100% В

(содержание компонента в в %)

Рисунок 2. Диаграмма состояния бинарного сплава для случая полной растворимости компонентов друг в друге в твердом состоянии.

Линия ликвидуса на данной диаграмме – (t_пл ^А -1 - t_пл ^В). При температурах выше этой линии сплав с любым составом находится в жидком состоянии, в виде расплава. Система однофазна, состав расплава строго соответствует составу сплава.

Линия солидуса на данной диаграмме – (t_пл ^А -2 - t_пл ^В). При температурах ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии, в виде твердого раствора с соответствующим соотношением компонентов. Система однофазна.

При температурах, находящихся между ликвидусом и солидусом, происходит кристаллизация сплава. Система будет двухфазной: расплав и выпадающие кристаллы. Состав расплава и кристаллов постоянно меняется с изменением температура, их можно определить по коноде – горизонтальному отрезку, соединяющему линии на ликвидусе и солидусе при заданной температуре.

Рассмотрим процесс кристаллизации сплава, составом 50% А и 50%В. Кристаллизация начинается при температуре, соответствующей точке 1 на диаграмме. При снижении температуры выпадение кристаллов будет продолжаться, вплоть до снижения температуры до уровня линии солидуса – точка 2. При температурах ниже точки 2 весь сплав однофазный и находится в твердом состоянии. Состав кристаллов при любой температуре можно определить по линии солидуса, а состав расплава – по линии ликвидуса. Например, при промежуточной температуре t` состав выпадающих кристаллов соответствует точке на солидусе – «с», состав остающегося расплава – точке «а» на ликвидусе. Соотношение массы кристаллов m_кр и массы расплава m_р-ва при этой температуре можно рассчитать по правилу отрезков коноде:

m_кр |ab|

------- = ----------

m_р-ва |bc|

2. Диаграмма состояния для случая нерастворимости компонентов друг в друге в твердом состоянии (неизоморфные сплавы).

Неизоморфные сплавы образуются между веществами, сильно различающимися по свойствам.

Вид диаграммы для компонентов А и В представлен на рисунке 3.

Кристаллы В + эвтектика

С1 Состав расплава Состав эвтектики

А 0% 100% В

(содержание компонента в в %)

Рисунок 3. Диаграмма состояния для случая нерастворимости компонентов друг в друге в твердом состоянии.

Особенностью при кристаллизации таких сплавов является образование эвтектики, то есть мелкодисперсной смеси кристаллов чистых компонентов. Эвтектика для каждой пары компонентов имеет постоянный состав и температуру плавления, как правило, более низкой, чем у исходных веществ. Сплавы, в которых содержание более легкоплавкого компонента меньше, чем в эвтектике, называют доэвтектическими, а сплавы с большим аго содержанием – заэвтектическими.

Линия ликвидуса на данной диаграмме – (t_пл ^А -1- Э - t_пл ^В). При температурах выше этой линии сплав с любым составом находится в жидком состоянии, в виде расплава. Система однофазна, состав расплава строго соответствует составу сплава.

Линия солидуса на данной диаграмме – (t_пл ^А -2 - Э - t_пл ^В). При температурах ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии. Структура твердого сплава двухфазна , состоит из двух твердых фаз – кристаллов чистых компонентов и эвтектики. При температурах, находящихся между ликвидусом и солидусом, происходит кристаллизация сплава. Система будет двухфазной: расплав и выпадающие кристаллы чистого компонента – А или В в зависимости от состава сплава. Состав расплава непрерывно меняется с понижением температуры, его можно определить по линии ликвидуса.

Рассмотрим процесс кристаллизации доэвтектического сплава с произвольным составом С1. Кристаллизация начинается при температуре, соответствующей точке 1 на диаграмме. Из расплава будут выпадать кристаллы чистого компонента А, при этом содержание его в расплаве будет уменьшаться. При снижении температуры выпадение кристаллов А будет продолжаться, вплоть до снижения температуры до уровня линии солидуса – точка 2. При этой температуре состав расплава достигает состава эвтектики, и весь сплав застывает в виде механической смеси. Структура сплава двухфазна – кристаллы А и эвтектика.

При промежуточной температуре t` состав выпадающих кристаллов соответствует чистому компоненту А, состав остающегося расплава – точке «с» на ликвидусе. Соотношение массы кристаллов m_кр и массы расплава m_р-ва при этой температуре можно рассчитать по правилу отрезков на коноде:

m_р-ва |ab|

------- = ----------

m _кр |bc|

Кристаллизация заэвтектоидных сплавов происходит также, как и доэвтектоидных, только в процессе кристаллизации выпадают кристаллы компонента В. Окончательная структура двухфазна – кристаллы В и эвтектика.

Существуют другие типы диаграмм состояния, в том числе объединяющие два предыдущих типа. В данном пособии они не рассматриваются.