1 Диаграммы состояния с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях

Простейший вид диаграмма состояния имеет в том случае, когда вещества обладают неограниченной растворимостью как в жидкой, так и в твердой фазе. Таким свойством обладают системы Cu-Ni ; Ag-Au; Вi-Sb и др. Диаграмма состояния таких сплавов (типа сигары) приведена на рис. 1, где по оси ординат нанесены температуры, а по оси абсцисс - концентрации. Линия аNKb  называется линией  ликвидуса, линия аМLb - линией солидуса. Выше линии ликвидуса имеется однородная жидкость. Ниже линии солидуса - однородный твердый раствор. Заштрихованная область является областью расслоения на жидкую и твердую фазы. При построении кривой охлаждения сплава концентрации С видно, что она имеет две критические точки  К и М (рис. 2), соответствующие началу и концу затвердевания соответственно.

Изменение наклона кривых указывает на наличие температурного интервала, в котором происходит выделение теплоты кристаллизации, в отличие от чистого компонента, у которого выделение теплоты кристаллизации происходит при одной строго определенной температуре.

2 Диаграммы состояния сплавов, имеющих структуру механи­ческой смеси.

Компоненты данных сплавов неограниченно раство­ряются в жидкой фазе и практически не растворимы в твердой. Механические смеси (рис. 5.21). Механические смеси образу­ются в тех случаях, когда компоненты не способны к химическому взаимодействию и не растворяются один в другом в твердом со­стоянии. В этом случае оба компонента кристаллизуются в свои системы, но они объединены общими связями, и элементарной кристаллической ячейкой сплава является сложная решетка ком­понентов А и Б.

.

В том случае, когда вещества обладают неограниченной растворимостью в жидкой фазе и совсем не растворяются друг в друге в твердой (Bi-Cd; Ag-Pb), они образуют диаграмму с наличием эвтектики (рис. 3).  На диаграмме точками а и b  обозначены температуры затвердевания чистых веществ А и В. Линия аЕb  - температуры начала кристаллизации в зависимости от состава смеси (линия ликвидуса). Точка Е, в которой пересекаются обе кривые кристаллизации, называется эвтектической точкой, а кристаллы, выделяющиеся в ней, называются эвтектикой. Эвтектика представляет собой мелкодисперсную смесь кристаллов чистых компонент.

рис. 3

3 Диаграмма состояния сплавов для случая ограниченной взаим­ной растворимости компонентов в твердом состоянии и образо­вания эвтектики

И, наконец, вещества, обладающие неограниченной растворимостью в жидкой и частичной растворимостью в твердой фазе, образуют диаграмму, представленную на рис. 4.

рис.4 рис.5

К таким комбинациям относятся Рb-Bi; Bi-Sn; Pb-Sb. Для других комбинаций веществ вид диаграмм состояния может быть значительно сложнее. Рассмотрим процесс затвердевания сплава концентрации веществ, дающих чисто эвтектическую диаграмму состояния (рис. 3). Кривая, есть кривая изменения температуры начала кристаллизации вещества А в зависимости от его концентрации в расплаве. Поэтому ордината точки М есть температура, при которой из данного расплава начинают выделяться кристаллы вещества А в чистом виде. По мере выпадения кристаллов А расплав становится богаче веществом В, а следовательно выделение кристаллов А должно происходить при более низкой температуре, чем; действительно, одновременно с кристаллизацией вещества А температура расплава понижается. Когда температура расплава достигнет эвтектической температуры (точка N), а концентрация сплава, соответственно концентрации эвтектического сплава (), начинается затвердевание эвтектики. В процессе затвердевания сплава эвтектической концентрации температура не изменяется. Кривая зависимости температуры охлаждающегося расплава концентрацииот времени представлена на рис.5.

рис.6                                                     рис.7

Таким образом, кристаллизация сплава начинается при температуре тем более низкой, чем ближе концентрация сплава к эвтектической, и заканчивается при эвтектической температуре. На основании сказанного видно, что для веществ, имеющих чисто эвтектическую диаграмму состояния, линией солидуса является линия KNEL (рис.3). Для веществ с ограниченной растворимостью кривые охлаждения сплавов концентрацийи(см. рис. 4) представлены, на рис.6. Цель работы состоит в построении диаграммы состояния системы Pb-Sn и определении эвтектической точки. Хотя диаграмма состояния сплава Pb-Sn и не принадлежит к числу чисто эвтектических (эти вещества обладают небольшой взаимной растворимостью, диаграмма типа рис.4), рабочие концентрации выбраны так, что построение диаграммы для простоты можно вести так же, как и эвтектической.