Как определить относительное количество каждой фазы и состава фаз на диаграмме состояния любого типа?

  Для определения относительного количества каждой фазы и состава фаз на диаграмме состояния любого типа, пользуются правилом отрезков (правилом рычага), основные положения которого формулируются следующим образом. Чтобы определить концентрации компонент двухфазной области, через интересующую нас точку, характеризующую состояние сплава (состав сплава и его температуру), водится горизонтальная линия до пересечения с линиями, ограничивающими двухфазную область. Проекции точек пересечения на ось концентраций покажут состав жидкой и твердой фаз.

Чтобы определить количественное соотношение жидкой и твер­дой фаз, необходимо составить обратно пропорциональную зави­симость между их количеством и отрезками горизонтальной ли­нии, образованными между точкой, характеризующей состояние сплава, и точками, определяющими состав жидкой и твердой фаз.

Рассмотрим на примере двух типов диаграмм (рис.3), как с помощью правила отрезков можно определить количество и со­став фаз, например, для состояния, соответствующего точке k.

Рис.3. Применение правила отрезков для сплавов, образующих механические смеси (а) и твердые растворы (б).

Для определения соотношения фаз и их состава через точку k проводим горизонтальную линию до пересечения с линиями, ог­раничивающими двухфазную область на диаграмме (точки l и s, рис. 3, а, б). Проекции точек пересечения на ось концентраций показывают состав жидкой фазы (точка l΄ - проекция точки I, ле­жащей на линии ликвидус) и твердой фазы (точка s' - проекция точки s, соответствующей на рис. 3, а концентрации I00 % Sb и лежащей на линии солидус на рис. 3, б). В соответствии с пра­вилом рычага отрезки горизонтальной линии между точкой k и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз, т. е. можно записать:

                                 Q_s · sk = Q_l,· Ik; Q_s /Q_l = lk /sk,

  где Q_s, Q_l - количество твердой и жидкой фаз соответственно.

Для определения отношения какой-либо фазы (твердой или жид­кой) ко всему количеству сплава Q_s+l, используются выражения:

                                  Q_s /Q_l = lk/sl; Q_s = Q_s+l·lk/sl,

  где sl - вся длина горизонтальной линии.

Правило отрезков может использоваться не только для изуче­ния процесса кристаллизации сплавов, но и для рассмотрения про­цессов, происходящих в твердом состоянии. Оно применимо ко всем двухфазным сплавам независимо от их агрегатного состояния.

Если вернуться к рассмотрению диаграммы состояния с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (рис. 2), то следует обратить внимание на то, что во всем интервале кристаллизации (например, от точки а' до ь') из жидкого сплава с концентрацией компонентов, отвечающей точке к (45 % Си + 55 % Ni) (рис. 3), происходит постоянное выделение новых кристаллов. Причем состав первых кристаллов определяется проекцией точки s, лежащей на линии солидус. Заканчивается выделение новых кристаллов сплава k в точке ь', когда затвердевает последняя капля жидкости, имеющая состав, определяемый проекцией точки l, лежащей на линии ликвидус.  Отсюда следует, что при охлаждении сплава в интервале кpисталлизации состав жидкой фазы в соответствии с правилом отрезков меняется по линии ликвидус, а твердой фазы - по линии солидус.

Охарактеризуйте диаграмму состояния сплавов с ограниченной растворимостью  компонентов в твердом состоянии (диаграмма III рода).