7.2.2. Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии (II рода)

Оба компонента неограниченно растворимы в жидком и твердом состоянии и не образуют химических соединений (рис 31).

Компонента: А и В.

Фазы: L и .

Кристаллизация при постоянной температуре не наблюдается, и горизонтальной линии на диаграмме нет. Диаграмма состоит из трех областей: жидкости L, жидкости и твердого раствора , твердого раствора.

Линия АnB – линия солидус, AmB – линия ликвидус. Т.1 соответствует началу кристаллизации. Т.2.- конец кристаллизации. Между точками 1 и 2 сплав находится в двухфазном состоянии.

Рис.31. Диаграмма состояния (неограниченная растворимость в твердом состоянии) и кривая охлаждения (II рода).

При двух компонентах и двух фазах система моновариантна (С=2-2+1=1), т.е. если изменяется температура, то изменяется и концентрация компонентов в фазах. Каждой температуре соответствуют строго определенные составы фаз. Концентрация и количественное соотношение фаз у сплава, лежащего между линиями ликвидус и солидус, определяется правилом отрезков. Состав жидкой фазы определяется проекцией точки b, лежащей на линии ликвидус, а состав твердой фазы – проекцией точки с, лежащей на линии солидус. Количество жидкой и твердой фаз определяется из следующих соотношений: количество жидкой фазы ac/bc, количество твердой фазы ba/bc.

При кристаллизации из жидкости вначале выделяются тугоплавкие компоненты. Состав первых кристаллов определяется проекцией s. Состав жидкости изменяется по кривой 1-l, а состав кристаллов – по кривой s-2. В момент окончания кристаллизации состав кристаллов такой же, как и состав исходной жидкости.

7.2.3. Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (III рода)

Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно - в твердом и не образуют химических соединений.

Компонента: А и В.

Фазы: L,, .

В сплавах такого рода возможно существование: жидкой фазы, твердого раствора компонента В в А (-раствор) и твердого раствора А в В (-раствор). В сплавах возможно нонвариантное равновесие при одновременном существовании трех фаз. В зависимости от того, какая реакция протекает в условиях существования трех фаз, могут быть два вида диаграмм: диаграмма с эвтектикой и диаграмма с перитектикой.

Диаграмма с эвтектикой

В этой системе не образуются фазы, представляющие собой чистые компоненты (рис.32). Из жидкости выделяются твердые растворы. Предельная растворимость компонента В в А определяется линией DF, а предельная растворимость А в В – линией CG. Сплавы, расположенные между этими двумя линиями находятся за пределами растворимости и состоят из двух фаз  + .

Рис.32. Диаграмма состояния с эвтектикой (III рода)

Окончание кристаллизации происходит по эвтектической реакции

L

AEB – линия ликвидус, ADCB – линия солидус.

Кривые охлаждения и схемы структур для сплавов I и II показаны на рис.33.

Кристаллы , выделившиеся из твердого раствора, называются вторичными кристаллами (_II), в отличие от первичных, выделившихся из жидкости. Процесс выделения вторичных кристаллов из твердой фазы – вторичная кристаллизация. Сплав, концентрация которого лежит левее точки F, не буде иметь вторичных выделений -кристаллов. Для любых сплавов выделения вторичных -кристаллов не будет, т.к. линия CG в отличии от FD вертикальна, т.е. растворимость компонента А в В не зависит от температуры.

Рис.33. Кривые охлаждения и схемы структур:

а - сплава, образующего при кристаллизации твердый раствор с последующим выделением вторичной фазы, б - доэвтектического сплава.

Диаграмма с перитектикой

При эвтектическом превращении жидкость кристаллизуется с образованием двух твердых фаз. Возможен и другой тип нонвариантного превращения (трехфазного равновесия), когда жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами и образует новый вид кристаллов L+. Реакция такого типа называется перитектической (рис.34). На диаграмме показаны три однофазные области: жидкость L и ограниченные твердые растворы  и . Линия АВС является линией ликвидус, линия APDB – линией солидус.

Рис.34. Диаграмма состояния с перитектикой (III рода)

Кривые охлаждения и схемы структур сплавов I, II показаны на рис. 35.

Количественное соотношение фаз при перитектической реакции, необходимое для образования -фазы, определяется по правилу отрезков соотношением :

Количество  / количество L=CP/PD

Рис.35. Кривые охлаждения сплавов после окончания перитектической реакции, в которых в избытке остаются: а) - твердый раствор, б) - жидкая фаза

В рассматриваемом сплаве количество участвующих в перитектической реакции кристаллов  и жидкости определяется соотношением

Количество  / количество L=C2/2D.