Диаграмма плавкости бинарной системы, компоненты которой неограниченно растворимы друг в друге в жидком состоянии, но не образуют твердых растворов

Диаграмма плавкости – это диаграмма двухкомпонентной системы в координатах температура – состав при постоянном давлении.

Для построения таких диаграмм готовят смеси исследуемых компонентов и нагревают их до полного расплавления, регистрируя температуру системы через определенные промежутки времени. По полученным данным строят кривые нагревания. В другом варианте полученный расплав охлаждают, регистрируя температуру системы через определенные промежутки времени. По полученным данным строят кривые охлаждения.

При охлаждении расплава навески свинца с небольшой скоростью с фиксированием через определенные промежутки времени температуры можно построить кривую охлаждения Т = f(τ). Сначала зависимость показывает равномерное понижение температуры, при Т = 327⁰С свинцовый расплав начинает кристаллизоваться. В этот промежуток времени Т = const, т.к. при этом выделяется энергия, называемая теплотой кристаллизации. Температура фазового перехода тв. тело – расплав для чистого свинца постоянна, т.к. С = 1 – 2 + 1 = 0.

Аналогично выглядит кривая охлаждения для сурьмы, только она начинает кристаллизоваться при 691⁰С. Кривые охлаждения Х₁, Е₁, Х₂ показывают как изменяются температуры охлаждения смесей Pb – Sn различного состава, причем только кривая Е (87% свинца, 13% сурьмы) подобна кривым охлаждения чистых металлов. Данная смесь кристаллизуется (плавится) при Т = 246⁰С. Такие смеси называют эвтектическими или эвтектиками. Состав эвтектической смеси и ее температура плавления (кристаллизации) определяются природой металлов, образующих эту смесь.

Смеси произвольного состава Х₁ и Х₂ начинают плавится (заканчивают кристаллизоваться при температуре плавления эвтектики Т = 246⁰С, а заканчивают плавится (начинают кристаллизоваться) при Т = 300⁰С и Т =450⁰С соответственно.

На диаграмме плавкости системы Pb – Sb крайняя левая точка на оси абсцисс соответствует системе, содержащей 100% Pb (0% Sb). На оси ординат ей соответствует точка А, (температура плавления свинца 327⁰С). Крайняя правая точка на оси абсцисс отвечает системе, содержащей 100% Sb (0% Pb). На оси ординат ей отвечает точка В (температура плавления сурьмы 632⁰С). Перенося на диаграмму температуру начала и конца плавления (конца и начала кристаллизации) смесей Pb и Sb и соединяя их линиями СЕD, АЕ и ВЕ получаем на диаграмме поля (I – V). Линия АЕВ называется линией ликвидус. Точки на этой линии отвечают температурам конца плавления (начала кристаллизации) смесей свинца и сурьмы различного состава. Полю I диаграммы, расположенному выше линии ликвидуса, отвечают однофазные жидкие системы (расплавы) различного состава. Здесь С = 2 – 1 + 1 = 2, т.е. в этой области система дивариантна и при изменении температуры и состава число фаз остается прежним (Ф = 1).

Линия СЕD называется линией солидус. Точки, расположенные на этой линии, отвечают температурам начала плавления (конца кристаллизации) смесей свинца и сурьмы различного состава.

Полям IV и V, расположенным ниже линии солидуса, соответствуют двухфазные системы (две твердые фазы), отвечающие твердым сплавам Pb и Sb (S). Полям II и III, расположенным между линиями ликвидус и солидус, отвечают двухфазные системы расплав (L + S)  тв. металл.

Система, состав которой отвечает точке Е, является эвтектикой – это механическая бинарная смесь, неоднородная по структуре, состоящая из мелких кристалликов, одновременно кристаллизующихся свинца и сурьмы. Смеси доэвтектического и постэвтектического состава содержат достаточно крупные кристаллы того металла, который находится в избытке (в поле IV – Pb, в поле V – Sb), и твердый сплав эвтектического состава. Полю II отвечают кристаллы Pb и расплав Pb + Sb, полю III – кристаллы Sb и расплав Pb + Sb.