2.5.4 Диаграмма плавкости двухкомпонентной системы с простой эвтектикой

Диаграмма этого типа изображена на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 – Диаграмма плавкости системы с простой эвтектикой

Линии Т⁰_АеТ⁰_В (ликвидус) и mn (солидус) делят диаграмму на 4 поля, каждому из которых соответствует свой набор фаз. Поле выше линии ликвидуса – однофазная система, расплав, имеет 2 степени свободы:

С = К – Ф + 1 = 2 – 1 + 1 = 2

Две степени свободы говорят о том, что в пределах этой области можно взять произвольную температуру и любой состав, а количество фаз (одна) и природа (расплав) не изменятся.

Область Т⁰_Аеm и Т⁰_Веn – гетерогенные, двухфазные (расплав + А_кр) и (расплав + В_кр), С = 2 – 2 + 1 = 1. Система одновариантна, то есть можно произвольно менять один из параметров, а второй определяется для идеальных систем уравнением Шредера, для любой системы – линией ликвидуса.

Точки, лежащие на эвтектической линии, описывают системы, состоящие из трех фаз: А_тв, В_тв. и расплав, насыщенный компонентами А и В, состава «е». Это инвариантная система (с = 0), и для существования всех трех фаз в равновесии нельзя менять ни один из параметров. Координаты точки «е» (эвтектической) для каждой системы строго определены при данном давлении. При эвтектической температуре происходит полное отвердевание системы, и при более низких температурах в системе нет расплава, а остаются две твердые фазы: А_кр + В_кр.

Для доэвтектических составов (от А к е^l) область mee^lA представляет собой двухфазную систему, состоящую из крупных кристаллов А, сцементированных эвтектической смесью кристаллов А и В. Для систем с составом от е^l к В область nее^lВ – крупные кристаллы В, сцементированные твердой эвтектикой: А_кр +Э (А_кр + В_кр) и В_кр + Э (А_кр + В_кр).

Эвтектика не является одной фазой, а состоит из двух фаз, (А_кр + В_кр). Область АmnВ – двухфазная, состоящая из А_кр + В_кр , независимо от того, кристаллизовались ли кристаллы самостоятельно или в составе эвтектики.

2.6 Диаграммы состояния с образованием химического соединения

2.6.1 Определение состава фаз и относительного количества фаз

Состав гомогенной системы (точка 1) определяется проецированием ее на ось абсцисс (точка а^ll) и далее, как описано выше.

Состав гетерогенной системы определяется следующим образом. Проводят изотерму в пределах данной области (mT⁰_Ae). Полученная линия (коннода) соединяет равновесные фазы при данной температуре. Так для точки «а» коннода соединяет твердую фазу Т_а и жидкую а^l. Далее, проецируя эти точки на ось абсцисс, определяют состав этих фаз: твердая – 100 % компонента А, жидкая – а^ll.

Относительное количество фаз определяется по конноде, по правилу рычага. Длина конноды берется за 100 %. Например точка «а» на конноде делит ее на две части: отрезок Т_аа – определяет количество жидкой фазы; аа^l – количество твердой. С повышением температуры количество твердой фазы уменьшается и исчезает на линии ликвидуса, соответственно и отрезок, отображающий количество твердой фазы, уменьшается до нуля.

2.6.2 Диаграмма состояния системы с устойчивым химическим соединением

Компоненты бинарных систем часто образуют химические соединения, обладающие точкой плавления.

Во многих случаях эти соединения устойчивы и плавятся без разложения, состав жидкой и твердой фаз тождествен, в этом случае говорят, что соединение имеет конгруэнтную точку плавления, или плавление называется конгруэнтным (от латинского congruentis - совпадающий).

Диаграмму с одним устойчивым соединением можно рассматривать как состоящую из двух диаграмм простейшего типа, рассмотренных выше (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 - Диаграмма состояния системы с устойчивым химическим соединением

Одним из следствий принципа соответствия является правило, что каждой твердой фазе на плоской диаграмме состояния отвечает своя кривая температур начала кристаллизации.

Линия Т⁰_Ае₁ – линия начала кристаллизации компонента А из насыщенных растворов. Линия е₁dе₂ – линия начала кристаллизации соединения « С » из насыщенных растворов, и линия Т⁰_Ве₂ – соединения В.

В этой системе кристаллизуется две эвтектики: Э(А_кр + С_кр) состава е₁ и Э(С_кр + В_кр) состава е₂.

Максимум, создаваемый линией ликвидуса, может быть острым, т.е. кривые сходятся под острым углом, создавая так называемую сингулярную точку (точка d₁ на диаграмме), что наблюдается в случае образования очень устойчивых соединений, которые при плавлении совсем не диссоциируют. Однако подобные случаи довольно редки, так как большею частью химические соединения при их плавлении частично диссоциируют, а наличие чистых А и В в сплаве несколько понижает температуру плавления «С» и переносит ее из точки d₁ в точку d. Максимум в этом случае будет закругленным в той или иной степени.

Кривая охлаждения раствора состава «С» имеет горизонтальную температурную остановку, как в случае затвердевания чистого компонента, система при этом инвариантна (число степеней свободы равно нулю).

На диаграмме, кроме точек Т⁰_А, Т⁰_В и d, системы инвариантны на эвтектических линиях mn и fq. Следует отметить, что системы на горизонтальных линиях (изотермах) других диаграмм, которые будут рассмотрены впереди, также будут инвариантными, так как на горизонтальных линиях всегда в равновесии три фазы. На кривых охлаждения это отражается в виде температурной остановки.