3.2.3.Диаграмма состояния сплавов для случая ог­раниченной

растворимости компонентов в твер­дом состоянии.

Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно в твердом и не образуют химических соединений, рис. 1.27.

Рис. 1.27. Кривые охлаждения (а) и диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы и эвтектику:

а — кривые охлаждения: б — диаграмма состояния

Линия асв – линия ликвидус и выше этой линии сплав находится в жидком состоянии. Линия аdсев - линия солидус. При температурах ниже линии солидус сплавы находятся в кристаллическом состоянии: в интервале концентраций оf устойчив раствор α (твердый раствор компонента В в А), в ин­тервале концентраций fk - смесь двух фаз α - и β -растворов и в интервале концентраций кВв одна фаза - β - раствор (твердый раствор компонента А в В).

Между линиями ликвидус и солидус в равновесии находятся две фазы: а - или β - твердые растворы и жидкая фаза Ж.

При температурах, соответствующих линии ас, из жидкого сплава выделяются кри­сталлы α - твердого раствора; а линии cв - кристаллы β -твердого раствора. Линии ас и cв не только соответствуют температурам начала кристаллизации сплавов различного состава, но и показывают степень насыщения жидкой фазы компонентами А и В, т. е. являются линиями растворимости. Точка d характеризует предельную растворимость компонента В в А, точка е - компо­нента А в В при температуре t_э, а точки f и k характеризуют предельную растворимость соответственно компонент В в А и А в В при нормальной температуре.

Линия df характеризует изменение раствори­мости компонента В в А, а линия ek - изменение растворимости компонента А в В с изменением температуры; эти линии называют линиями предельной растворимости.

Сплав, соответствующий точке с, затвердевает при постоянной температуре t_э. При температуре несколько ниже t_э жидкий сплав оказывается насыщенным по отношению к обеим фазам (α - и β - твердым растворам), так как точка с как бы принадлежит сразу двум ветвям ликвидуса. Поэтому при температуре t_э одновременно с жидким раствором сосуществуют предельно насыщенные кристаллы твер­дых растворов а_d и β_e , образующих гетерогенную структуру.

Сплавы, в которых происходит одновременная кристаллизация а - и β - фаз при постоянной и самой низкой для данной системы сплавов температуре, называют эвтектическими.

Структуру, состоящую из определенного сочетания двух (или более) твердых фаз, одновременно кристаллизовавшихся из жид­кого сплава, называют эвтектикой. Эвтектическая структура в условиях сравнительно высоких степеней переохлаждения состоит из мелких кристаллов обеих фаз (α и β), так как при одно­временной кристаллизации их из жидкого сплава рост каждой из них затрудняется.

Рассмотрим процесс кристаллизации некоторых сплавов.

Кристаллизация сплава 1.

Выше точки t₁ сплав находится в жидком состоянии. В точке t₁ начинается процесс кристаллизации. Выделяются кристаллы твердого раствора α, концентрация которого изменяется по кривой t_1к – t_2к, а состав жидкости изменяется по кривой t_1ж – t_2ж. В точке t₂ кристаллизация закончивается, и полученные кристаллы твердого раствора должны иметь (для равновесной кристаллизации) концентрацию исходной жидкости. Эти кристаллы не претерпевают изменений до точки t₃, лежащей на линии предельной растворимости. При дальнейшем охлаждении t₃ твердый раствор α оказывается насыщенным компонентом В; при более низких температурах растворимость второго компонента уменьшается, поэтому из α – раствора начинает выделяться избыточный компонент в виде вторичных кристаллов β₂, в от­личие от первичных, выделяющихся из жидкости.

Необходимо отметить, что выделение вторичных кристаллов при микроскопическом исследовании не обнаруживается, так как вторичные выделения объединяются с такой же (одноименной) фазой.

Сплав, концентрация которого лежит левее точки F, не будет иметь вторичных выделений β - кристаллов.

На рис. 1.28, а, показана схема последовательного изменения состава фаз при охлаждении.

Рис. 1.28. Схема изменения сплава:

а - при кристаллизации твердый раствор с последующим выделением вторичной фазы; б - доэвтектического сплава

Кристаллизация сплава 2.

При достижении температуры несколько ниже t₄, рис. 1.28, в жидкости образуются кристаллы твердого раствора α. Процесс кристаллизации α - раствора будет происходить в интервале темпе­ратур.

Процесс выделения α - кристаллов продолжается до темпера­туры t_э (эвтектики). Состав кристаллов твердого раствора α в условиях равно­весия определяется точками пересечения коноды с линией солидус, а остающейся жидкости - точками пересечения коноды с линией ликвидус. Так, при температуре t ₅ составу жидкой фазы соответ­ствует точка т, а составу твердой фазы - точка п.

Количество жидкой и твердой фаз определяют по правилу отрезков. При достижении эвтектической температуры t_s кристаллы а достигают предельной концентрации (точка d) В в А, а жидкая фаза получает эвтектический состав (точка с). В этих условиях при температуре t_э из жидкой фазы одновременно кристаллизуются предельно насыщенные растворы α_d и β_е с образованием эвтектики.

Процесс кристаллизации эвтектики протекает при постоянной температуре t_э.. Следо­вательно, после затвердевания сплав состоит из первичных крис­таллов α и эвтектики (α + β). Любой доэвтектический сплав, соот­ветствующий составу, находящемуся между точками d и с, имеет те же структурные составляющие.

Кристаллизация заэвтектических сплавов (лежащих правее точки с), протекает так же, как и доэвтектических сплавов. Однако вместо кристаллов α - твердого раствора из жидкой фазы будут выделяться кристаллы твердого раствора β. Структура заэвтекти­ческих сплавов сотоит из первичных кристаллов β - фазы и эвтек­тики α + β.