5.2.3 Сплавы с эвтектикой и ограниченной растворимостью в твердом состоянии

Рассматриваемая система характерна для Cu-Ag, Al-Cu, Cd-Zn, Pb-Sn и др. сплавов. На рис. 5.2, а представлена диаграмма состояния системы Pb-Sn. Рассмотрим процессы структурообразования на примере этой системы. Твердые растворы α и β на базе компонентов Pb и Sn – это граничные твердые растворы. В областях концентраций 0 - 19,5 % Sn и 97,4 – 100 % затвердевание заканчивается образованием α и β твердых растворов, соответственно. Структура этих твердых растворов аналогична строению α-твердого раствора в системах с неограниченной растворимостью компонентов с присущим им явлением дендритной ликвации, описанным выше. Максимальная растворимость второго компонента в α и β твердых растворах наблюдается при температуре от 183 ºC и соответствует т. d (19,5 % Sn) и т. e (2,6 % Pb). При медленном снижении температуры от 183 ºC до комнатной, растворимость второго компонента (Sn) в α-твердом растворе уменьшается по линии df, что сопровождается выделением избыточной фазы (в данном случае Sn).

При затвердевании сплавов в области концентраций 19,5- 97,4 % Sn затвердевание также начинается с выпадением кристаллов α и β-твердого раствора, а с понижением температуры жидкая фаза изменяет свой состав по линиям ab и cb диаграммы. Затвердевание этих сплавов заканчивается образованием эвтектической смеси, состоящей из двух твердых растворов α (состава т. d или 19,5 % Sn) и β (состава т. e или 2,6 % Pb) по реакции:

Ж_в  (α_d + β_e)_эвт

Структура эвтектики (α + β) аналогична описанной выше (п. 5.2.2). При этом структура доэвтектических сплавов состоит из кристаллов α-твердого раствора, окруженных эвтектической механической смесью (α + β); структура заэвтектических сплавов отличается наличием избыточных кристаллов β-твердого раствора (вместо α-кристаллов). Чем ближе составы сплавов к эвтектическому составу (62 % Sn), тем больше в их структуре содержится эвтектики и меньше α – либо β- избыточных кристаллов. Структура сплава эвтектического состава (62 % Sn и 38 % Pb) состоит полностью из эвтектической смеси (α + β).

5.2.4 Сплавы с перитектическим превращением

К ним относятся сплавы систем Pt-Ag, Cu-Zn, Mg-Mn и др. Диаграмма состояния Cu-Zn характерная для латуней (сплавов меди с цинком) приведена на рис. 5.2, б. Микроструктура сплавов содержащих 33 % Zn при комнатной температуре (α-латуни) представляет собой однородный α-твердый раствор цинка и меди с решеткой ГЦК. Сплавы, содержащие 33…47 % Zn, являются двухфазными (α + β'). Для сплавов с 32…40 % Zn при кристаллизации характерно перитектическое превращение:

Ж_в  α_d + β_e

Это превращение может быть представлено как обратное к эвтектическому. Оно представляет собой реакцию соединения двух фаз (Ж и α) при охлаждении и реакция распада при нагреве. Для сплава, состава т. e при температуре 902 ºC происходит реакция взаимодействия жидкой фазы с кристаллами α-твердого раствора, закристаллизировавшимися ранее (при температуре 902 ºC). В результате, в местах бывшего расположения кристаллов α-фазы возникают кристаллы β-твердого раствора на основе химического (электронного) соединения CuZn с решеткой ОЦК. При температуре 454 ºC происходит переход β-твердого раствора в β', который является упорядоченным и имеет меньшую пластичность. В структуре сплавов с перитектическим превращением, расположенных левее т. e диаграммы (рис. 5.4.) после его завершения в избытке остается α-фаза. При этом строение α-кристаллов α-твердого раствора оказываются окруженными β-фазой. В сплавах, расположенных правее т. e после окончания перитектического превращения, в избытке остается жидкость, которая затем кристаллизируется в β-фазу. Однако при последующем охлаждении в связи с уменьшении растворимости цинка по линии ef происходит выделение α-фазы и при комнатной температуре структура таких латуней будет двухфазная.

При концентрациях цинка больше 55 % при кристаллизации протекает другое перитектическое превращение с образованием γ–фазы, однако такие латуни практического применения не имеют.