ДС систем с конгруэнтно плавящимися фазами

В металловедении понятия «промежуточная фаза» и «химическое соединение» часто используют как синонимы. Однако понятие «промежуточная фаза» - более широкое. В металлических сплавах классические соединения подчиняющиеся закону постоянства состава, встречаются реже, чем промежуточные фазы переменного состава.

Промежуточные фазы, при плавлении которых составы твердой и жидкой фазы совпадают, называются конгруэнтно плавящимися фазами (конгруэнтный лат. – совпадающий, соответствующий).

Возможны три варианта:

· Промежуточная фаза – химическое соединение А_mB_n (постоянного состава) и граничные растворы имеют узкие области гомогенности (Рис 28 а). Обычно, такие ДС характерны для систем образованных металлами с неметаллами, а промежуточная фаза представляет собой химическое соединение с нормальной валентностью или полупроводниковую фазу.

В таких диаграммах концентрационный интервал существования промежуточной фазы вырождается в ординату соответствующую составу A_mB_n. Это следует понимать, как отсутствие данных о всегда имеющейся, хотя бы и чрезвычайно малой растворимости элементов в соединении.

· Для конгруэнтно плавящейся фазы характерны сравнительно широкие области граничных a- b - растворов и растворимость компонентов А и В в химическом соединении А_mB_n, лежащем в основе g-фазы. В результате промежуточная g-фаза имеет переменный состав (рис 28б). В заштрихованной области образуются соединения на основе химического соединения. (Рис.28.б). Сплавы расположенные в g-области левее ординаты, представляют собой твердые растворы компонента А в соединении А_mB_n, а сплавы, расположенные правее ординаты, - растворы компонента В в соединении А_мВ_п. При образовании твердых растворов замещения атомы компонента А замещают в подрешетке атомы компонента В в соединении А_mB_n.

Таким образом, в пределах g - области твердые растворы на основе химического соединения А_mB_n содержат избыток одного из компонентов относительно стехиометрического состава или оба компонента в количествах, строго соответствующих составу соединения А_mB_n (единственный сплав, через который проходит ордината соединения).

Очевидно, все твердые растворы в области гомогенности промежуточной g-фазы являются ненасыщенными. Это показывают соответственные линии сольвусов.

Точку максимума m^| на кривой ликвидуса промежуточной фазы называют дистектической ( от греческого трудно плавящийся). В точке m^| совпадают составы жидкой и твердой фаз, поэтому g - фаза называется конгруэнтно-плавящейся фазой. А сами конгруэнтно плавящиеся промежуточные фазы - фазами с открытым максимумом, т.е. максимумом образованным стабильными кристаллами ликвидуса и солидуса.

· Область g-растворов располагается только слева от ординаты соединения (рис.28в). Обычно такие области имеют фазы внедрения. В данном случае промежуточная g-фаза представляет собой твердый раствор вычитания металлического компонента А и соединения А_mB_n.

При образовании такого раствора наблюдается избыток атомов металлического компонента А в соединении А_mB_n. При образовании такого раствора наблюдается избыток атомов компонента А по сравнению со стехиометрическим со ставом за счет образования вакансий в подрешетке неметаллического компонента В в соединении А_mB_n. Твердые же растворы неметаллического компонента В в соединении А_mB_n не образуются в силу природы ваз внедрения: все узлы в подрешетке неметаллического компонента В оказываются полностью занятыми атомами этого компонента как раз в тот момент, когда концентрация достигает максимально возможной величины, точно соответствующей стехиометрическому составу фазы внедрения.

Рис. 28

В рассмотренных диаграммах состояния конгоруэнтно плавящееся химическое соединение А_mB_n, выступает как самостоятельный компонент, для которого правило фаз записывается в виде С = 2 – Ф, т.е. как для однокомпонентной системы.

Иначе говоря, ДС с конгруэнтно плавящимися промежуточными фазами можно рассматривать как комбинированные, т.е. состоящие из двух или более простых диаграмм состояния эвтектического или других типов.

Как показывают исследования этих соединений, часто эти фазы более тугоплавки, чем образующие их компоненты.

Многие промежуточные фазы (Cu₂O, Cu₃H, Pb₃Ca) кристаллизуются в виде сильно разветвленных дендритов, ветви которых на плоскости металлографического шлифа выглядят как округлые или овальные включения. (рис 28а), Часто первичные кристаллы промежуточных фаз имеют резко очерченные граненые формы (CuSb, WC) (рис 20б), пластинчатые или игольчатые выделения, (рис 28, в).

Граненые или пластинчатые формы свидетельствуют об их небольшом поверхностном натяжении.

Рис.28.