I. Эвтектические сплавы

При кристаллизации плохо растворимых друг в друге веществ образуется смесь мелкозернистых кристаллов индивидуальных компонентов которая называется эвтектической смесью или просто эвтектикой (эвтектика – греч. ''легкоплавкий'').

Такое взаимодействие протекает при сплавлении химически индифферентных металлов (размеры атомов которых отличаются более чем на 15%), которые существенно отличаются друг от друга по типу кристаллической решетки.

Рис.2. Диаграмма плавкости системы с образованием простой эвтектики (кадмий – висмут).

Рассмотрим диаграмму плавкости системы с образованием простой эвтектики (см.рис.2). Возможные фазовые состояния в системе:

I область: гомогенная система жидкого раствора (Cd + Вi).

Ф = 1, С = 2 + 1 – 1 = 2

II и III области: из общего раствора (Cd + Вi) могут выпадать кристаллы либо Cd, либоBi, в зависимости от состава.

Ф = 2, С = 2 + 1 –2= 1

IV область: из общего раствора одновременно выпадают кристаллы Cd и Bi

Ф = 3, С = 2 + 1 – 3 = 0

Эта система существует при строго определенных значениях температуры и концентрации. При этом создаются условия сплошной кристаллизации, называемой эвтектикой. В

V и VI области: образуется твердый раствор, состоящий из крупных кристаллов чистых металлов (Cd или Вi), спаянных между собой мелкими кристаллами эвтектики.

В данном случае говорят, что твердые сплавы содержат по две структурные составляющие:

1. Первичную (вкрапленную), представляющую собой кристаллы того чистого металла, которого в составе конкретного сплава больше, чем в составе эвтектики;

2. Вторичную (матричную), представляющую собой эвтектическую смесь мелких кристаллов обоих металлов.

Ф = 2, С = 2 + 1 – 2 = 1

Эвтектические сплавы характеризуются малыми размерами и однородностью кристаллов, имеют высокие твердость и механическую прочность. Поэтому, например, сплавы свинца с оловом и сурьмой применяются в качестве типографских шрифтов и решеток аккумуляторов. Вследствие легкоплавкости сплавы свинца с оловом также применяются для припоев и подшипников.

2. Твердые растворы.

Сплав представляет собой однородную фазу переменного состава, в которых различные атомы образуют общую кристаллическую решетку называемую твердым раствором.

Твердый раствор образуется, если атомы смешиваемых металлов могут замещать друг друга в кристаллической решетке, не нарушая ее структуры. Благодаря такой замене получаются совершенно однородные смешанные кристаллы, содержащие одновременно атомы обоих металлов и обуславливающие полную однородность сплава.

Металлы могут образовывать жидкие растворы неограниченной концентрации. При охлаждении из этого раствора выпадают кристаллы чистых компонентов, и их смесь создает затвердевший сплав.

Сплавы такого типа отличаются высокой однородностью (это гомогенные сплавы) и постепенным изменением физических свойств с изменением состава. Прочность и твердость твердых растворов обычно выше, а электрическая проводимость и теплопроводность ниже, чем у каждого из компонентов в отдельности.

Примером могут служить твердые растворы: СuNi; AgAu

Рассмотрим диаграмму плавкости системы с образование непрерывных твердых растворов (см.рис.3).

Вид кривых плавления (нижняя кривая) и кристаллизации (верхняя кривая) обусловлен тем, что выделяющиеся при охлаждении расплава кристаллы содержат оба компонента.

Рис.3. Диаграмма плавкости системы с образованием непрерывных твердых растворов (никель – медь).

Возможные фазовые состояния в системе:

I область (выше линии ликвидус): гомогенная система расплава Ni–Cu.

Ф = 1 C = 2 + 1 – 1 = 2

II область (между линиями ликвидус и солидус): расплав и кристаллы твердого раствора

Ф = 2, C = 2 + 1 – 2 = 1

III область (ниже линии солидус): твердый раствор.

Ф = 2, C = 2 + 1 – 2 = 1.