1.6.1. Диаграмма состояния для сплавов, компоненты которых нерастворимы в твердом состоянии (I рода)

Компоненты сплава А и В данной системы неограниченно раствори­мы в жидком состоянии (L) и нерастворимы в твердом, образуя меха­нические смеси из чистых компонентов (пример такой диаграммы приведен на рис. 1.8, а). При охлаждении сплавов на ветви ликвиду­са АС начинают выделяться кристаллы вещества А, а на ветви СВ - кристаллы В. На линии DCE из жидкости состава, соответствующего проекции точки С на ось концентрации, одновременно выделяются кристаллы А и В в виде механической смеси.

На рис. 1.8, б приведены кривые охлаждения трех сплавов. Для сплавов II, IV на участке 0 - 1 идет охлаждение жидкого сплава, на уча­стке 1 - 2 в сплаве II из жидкости выделяются кристаллы компонен­та А, а в сплаве IV - кристаллы компонента В. На участке 2 - 2' у обо­их сплавов совместно выделяются кристаллы А и В, а на участке 2' - 3 происходит охлаждение твердого вещества.

В сплаве III на участке 0 - 2 происходит охлаждение жидкого спла­ва, на участке 2 - 2' - совместно выделяются кристаллы А и В, на уча­стке 2' - 3 происходит охлаждение твердой фазы.

Схемы структур сплавов в разные моменты кристаллизации пока­заны на том же рисунке. В сплаве II из жидкости выделяются кристал­лы А, затем оставшаяся жидкость кристаллизуется с одновременным выделением кристаллов А и В. В левом нижнем кружке показана структура уже закристаллизовавшегося сплава, состоящего из пер­вичных кристаллов А и механической смеси кристаллов А и В, кото­рые кристаллизовались одновременно. В сплаве IV (правый нижний кружок) структура состоит из первичных кристаллов В и механиче­ской смеси кристаллов А и В.

Механическая смесь двух (или более) видов кристаллов, одновре­менно кристаллизовавшихся из жидкости, называется эвтектикой. Температура, при которой образуется эвтектика, называется эвтекти­ческой температурой, а состав сплава, при котором образуется эвтектика, называется эвтектическим (сплав концентрации точки С). Ли­ния DCE - линия образования эвтектики. Все сплавы данной системы окончательно затвердевают при эвтектической температуре. Сплавы, лежащие левее точки С, называются доэвтектическими, а правее - заэвтектическими.

Диаграммы такого типа имеют системы Pb - Sb, Sn - Zn.

1.6.2. Диаграмма состояния для сплавов, компоненты которых неограниченно растворимы в твердом состоянии (II рода)

Оба компонента сплава (А и В) неограниченно растворимы в жид­ком (L) и твердом состоянии и не образуют химических соединений. Диаграмма имеет простой вид и показана на рис. 1.9, а, где ли­ния АmВ - ликвидус, АnВ - солидус.

Рис. 1.9. Диаграмма состояния II рода

(а), кривые охлаждения сплавов I, II, III и схемы их структур (б)

Структура всех этих сплавов однофазная и состоит из зерен, кото­рые представляют собой твердый раствор одного компонента в другом (рис. 1.9, б). Из кривых охлаждения сплавов видно, что до точки 1 про­исходит охлаждение жидкого сплава, на участке 1 – 2 - кристаллизация твердого раствора, а ниже точки 2 - охлаждение уже твердого вещества.

Рассмотрим процесс затвердевания одного из сплавов этой систе­мы. Кристаллизация сплава I начинается при температуре t₁ Из жид­кой фазы состава m выделяются кристаллы твердого раствора соста­ва n, обогащенные компонентом В.

При дальнейшем охлаждении до температуры t₂ в равновесии с жидкостью состава q находятся кристаллы твердого α-раствора со­става p. При кристаллизации сплава I состав жидкости непрерывно меняется по линии ms, а твердого раствора - по линии n2_I. В результате медленного охлаждения в равновесных условиях успевает про­изойти диффузионное перераспределение компонентов между жид­кой и твердой фазами. Поэтому к моменту окончания процесса кри­сталлизации при температуре t₂ все зерна твердого раствора будут иметь одинаковый состав.

В соответствии с правилом отрезков количество жидкости равно соотношению Kp:qp, количество твердой фазы - qK:qp.

В реальных условиях охлаждения состав кристаллов получается неоднородным. Это происходит потому, что скорость кристаллиза­ции больше скорости диффузии и у кристаллов, образующихся при температуре выше t₄, не успевает произойти диффузионное перерас­пределение компонентов. Внутренние участки кристалла обогащают­ся тугоплавким компонентом В, а наружные - компонентом А. Такая неоднородность химического состава называется внутрикристаллической, или дендритной, ликвацией. Ликвация чаще всего играет отри­цательную роль, так как ухудшает технологические и механические свойства сплавов.

Диаграммы такого типа имеют системы Ni-Cu, Ag-Au, Mo-V, Mo-W и др.