2. Понятие о путях кристаллизации расплавов

Простейшая диаграмма состояния трехкомпонентной системы (рис. 1.53) характеризуется наличием одной тройной эвтектики и трех полей кристаллизации, обозначенных соответствующими кристаллическими фазами (символы в кружках).

Рис. 1.53. Диаграмма состояния трехкомпонентной системы с эвтектикой.

Пути кристаллизации в системе.

В точке тройной эвтектики сходятся три стрелки на пограничных кривых, в отличие от нее к точкам двойных эвтектик направлены лишь две стрелки. Рассмотрим фазовые превращения в системе при охлаждении.

Возьмем расплав состава m. Точка его располагается в поле кристаллизации компонента А между изотермами t₁ и t₂. Это означает, что при охлаждении расплава поверхность ликвидуса будет достигнута при температуре, лежащей между t₁ и t₂. С этого момента начнется кристаллизация расплава с выделением компонента А. Другими словами, температура начала кристаллизации соответствует той изотерме, на которую проектируется точка заданного состава.

Чтобы далее проследить за фазовыми изменениями при охлаждении, необходимо построить путь кристаллизации. В данном случае путь кристаллизации означает геометрическое место точек, показывающих изменение состава остаточной жидкой фазы при кристаллизации. Поскольку заданный расплав начинает кристаллизоваться с выделением кристаллов А, а компоненты В и С при этом остаются в жидкой фазе, то соотношение между компонентами В и С в жидкой фазе сохраняется постоянным, пока выделяются только кристаллы А. Как уже отмечалось, при сохранении постоянства соотношения двух компонентов точка состава остаточной жидкости будет перемещаться по прямой, исходящей из вершины третьего компонента. Следовательно, состав остаточной жидкой фазы при кристаллизации компонента А будет скользить по продолжению линии Аm в сторону понижения температуры (отрезок mp). Пока путь кристаллизации проходит по полю А, выделяется только одна кристаллическая фаза. По достижении пограничной кривой Е₃Е начинается совместное выделение двух кристаллических фаз А и С, т.е. компонентов, поля кристаллизации которых разделяет данная пограничная кривая.

Дальнейшее охлаждение приведет к перемещению состава остаточной жидкой фазы вдоль пограничной кривой в сторону тройной эвтектики, так как две твердые фазы могут находиться в равновесии с жидкой только на пограничной кривой (одновариантное состояние). В точке тройной эвтектики появится третья фаза В, выделяющаяся одновременно с фазами А и С из жидкости состава Е. При температуре тройной эвтектики Е кристаллизация завершается, а путь кристаллизации в точке Е заканчивается с выделением трех твердых фаз А, В и С. Таким образом, температура полного затвердевания расплава будет отвечать температуре той тройной эвтектики, где заканчивается путь кристаллизации.

Следовательно, фазовые превращения при охлаждении расплава пройдут по схеме: расплав А + ж.ф. А + С + ж.ф. в точке Е: А + С + В + ж.ф. А + В + С.

Если точка заданного состава будет лежать в поле кристаллизации компонента А, но несколько выше точки m (например, точка n), в качестве вторичной кристаллической фазы выделятся не кристаллы С, а фаза В, если путь кристаллизации попадет на пограничную кривую Е₁Е. Если путь кристаллизации попадет непосредственно в точку Е, фазовые превращения пройдут по схеме: расплав А + ж.ф. в точке Е: А + В + С + ж.ф. А + В + С.

Итак, чтобы построить путь кристаллизации расплава трехкомпонентной смеси, нужно найти положение точки заданного состава на диаграмме, соединить ее с точкой состава того компонента, в поле кристаллизации которого лежит заданная точка (в данном случае с вершиной треугольника), и продолжить полученную прямую до пересечения с первой пограничной кривой. Далее путь кристаллизации пойдет по пограничной кривой в сторону понижения температур к тройной эвтектике (или в общем случае к тройной точке системы, о чем будет сказано ниже). В точке тройной эвтектики путь кристаллизации всегда заканчивается.

При нагревании смесей фазовые превращения пойдут в обратном порядке.

На рис. 1.53 показаны также направления путей кристаллизации в полях кристаллизации компонентов В и С. В данной системе все пути кристаллизации заканчиваются в точке тройной эвтектики.