§3. Диаграммы равновесия двухкомпонентных систем.
Для металлургии и металловедения представляет особый интерес в качестве основного свойства выбрать температуры плавления или температуры равновесия между жидкой и твердой фазами, а так же температуры фазовых равновесий в твердом состоянии (при полиморфных превращениях, образовании и распаде твердых растворов).
Рассмотрим основные диаграммы равновесий (или состояний) в двухкомпонентных системах.
§3.1. Первый тип диаграмм. Компоненты а и в неограниченно взаимно растворимы в жидком состоянии, а в твердом состоянии не образуют ни растворов, ни соединений.
Диаграмма строится в координатах: по оси ординат – температура, по оси абсцисс – концентрация, чаще всего выраженная в атомных процентах, но могут быть и весовые проценты. На шкале откладываются проценты компонента В от 0 до 100%, чтобы определить сколько процентов А в какой либо точке надо из 100% вычесть процент компонента В. Кривая ТплА ТЕ ТплВ называется линией ликвидус. Выше этой линии всегда существует однофазная область (I) – жидкий расплав (L). Здесь можно в известных пределах изменять температуру и концентрацию (не изменяя фазового состава).
Поле II ограничено кривой ТплА Е и ТЕЕ. Область ограничена: слева ординатой чистого компонента А, справа – однофазной областью L. Следовательно, в области II будут существовать две фазы – расплав переменного состава (L), зависящего от температуры и твердый компонент А (твердый, т.к. область расположена ниже температуры плавления А).
В поле III – аналогично II, только вместо твердого А, твердый В и расплав переменного состава.
Поле IV ограничено ординатами чистых компонентов А и В, имеем механическую смесь кристаллов А и В.
Диаграммы состояния преимущественно строят на основании измерений температуры охлаждающихся сплавов различного состава.
Результаты этих измерений изображаются на графиках в координатах температура – время в виде так называемых кривых охлаждения.
Состав 1 – чистый компонент А.
При кристаллизации этого сплава при Т1 кристаллизуется твердая фаза. При этом выделяется теплота плавления и температура остается постоянной и равной температуре плавления до конца кристаллизации (горизонтальный участок на кривой охлаждения).
Состав 2 – расплав содержит оба компонента.
При охлаждении до температуры Т2 достигается насыщение и начинают выделяться кристаллы чистого компонента А. Процесс охлаждения замедляется (излом на кривой), т.к. освобождается теплота плавления. Здесь не может быть постоянства температуры, т.к. вследствие выделения компонента А, расплав становится все более насыщенным относительно компонента В, и поэтому его температура замерзания понижается.
Состав 3 – аналогичен составу 2, но температура выделения кристаллов А несколько ниже.
Состав 4 – эвтектический.
Линия ТЕЕТЕ – называется линией эвтектики. Здесь жидкость находится в равновесии с твердыми кристаллами А и В. Точка Е отвечает равновесию А, В и L. Эвтектическая реакция, протекающая на горизонтали, отвечает уравнению LEАтв+Втв.
Состав 5 – при охлаждении этого расплава до Т5 – выделяются кристаллы В. По мере его выделения из расплава происходит дальнейшее понижение температуры, а расплав обогащается компонентом А.
Состав 6 – чистый компонент В.
Кривая охлаждения аналогична кривой состава 1.