3.6.2. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Неограниченные твердые растворы способны образовывать металлы, близко расположенные в таблице Менделеева, особенно находящиеся в одной группе - металлы с одинаковым типом кристаллических решеток и близкими размерами атомов или параметров кристаллических решеток, например: Сu-Ni; Fe-Ni; Fe-Cr; Co-Ni; Au-Ag; Au-Cu; Bi-Sb; Mo-W; V-Ti.

Как видно из рисунка 3.15, в этих системах отсутствует эвтектика, а температуры ликвидуса и солидуса монотонно увеличиваются от легкоплавкого компонента к тугоплавкому.

Рассмотрим процесс кристаллизации сплава, состав которого соответствует точке С. При охлаждении сплава ниже линии ликвидуса (т. «а₁») начинают выделяться кристаллы твердого раствора состава S. При дальнейшем охлаж­дении масса (размеры и количество) кристаллов твердой фазы возрастает, а количество расплава соответственно снижается. При этом одновременно ме­няется состав фаз: жидкой - по стрелке на линии ликвидуса от С до Р, а твердых кристаллов - по стрелке на линии солидуса от S до С. Такой характер кристал­лизации приводит к дендритной ликвации, в результате которой зерна твердой фазы будут неоднородны по сечению - в центре зерна сплав будет обогащен компонентом В. При медленном охлаждении в системе происходит само­произвольное выравнивание состава зерен в результате диффузии. Но в реальных условиях производства, когда расплав охлаждается быстро, полного вырав­нивания не происходит.

3.6.3. Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы

Этот тип диаграмм наиболее характерен для металлических сплавов. На рисунке 3.16 обозначены фазы системы при различных составах и температурах. Эти диаграммы представляют своеобразную комбинацию диаграмм первых двух типов. Как видно, застывший сплав не содержит чистых компонентов, он состоит из твердых растворов α и β различного состава, а также эвтектики.

Рис. 3.16. Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы: α - твердый раствор компонента В в А; β - твердый раствор компонента А в В; KRP - линия предельной концентрации В в A; NSQ - линия предельной концентрации А в В; α_вт и β_вт - вторичные твердые растворы α и β, выделившиеся в процессе охлаждения предельно насыщенных твердых растворов α_R и β_S

Ярким примером этого типа диаграмм является диаграмма системы «железо-углерод» - рис. 3.17. При медленном охлаждении получается равно­весная система «железо-графит» (пунктирные линии), а при быстром - система «железо-цементит» Fe₃C (сплошные линии). Состав фаз, образующихся при кристаллизации железоуглеродистого расплава, показан на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Диаграмма состояния системы Fe-Fe₃C

3.6.4. Диаграмма состояния сплавов, образующих химические соединения

В сплаве, представляющем химическое соединение, образуется новый тип кристаллической решетки. Такой сплав имеет определенную температуру плавления, характеризуется высокой твердостью и хрупкостью. Так, сплав- соединение CuA1₂ имеет твердость 400 ед. НВ, в то время как твердость Сu и А1 составляет соответственно 35 и 20 ед. НВ.

Химическое соединение образуется при строго определенном соотношении количеств компонентов А и В, которое на диаграмме обозначается вертикальной линией. Диаграмма состояния системы с устойчивым химическим соединением - A_nВ_m (которое не распадается вплоть до момента плавления) представляет собой как бы приставленные одна к другой диаграммы состояния двух систем: А-А_nB_m и А_nB_m –B.

На рисунке 3.18. приведена диаграмма состояния двухкомпонентной системы Mg-Pb, образующей химические соединения Mg₂Pb.

Многие двойные сплавы имеют более сложные диаграммы состояния (например, Cu-Zn на рис. 3.19). Они рассматриваются в специальных курсах.

Рис. 3.18. Диаграмма состояния