Диаграммы состояния для сплавов с ограниченной

растворимостью компонентов в твёрдом состоянии.

Рассмотрим сплавы, компоненты которых в жидком состоянии неограниченно растворимы друг в друге, а в твёрдом состоянии растворяются друг в друге ограниченно, образуя ограниченные твёрдые растворы a = А(В) и b = В(А). Для таких сплавов возможны два типа диаграмм состояния: диаграмма с эвтектикой и диаграмма с перитектикой.

Диаграмма с эвтектикой выглядит следующим образом:

Здесь буквой a - обозначен твёрдый раствор компонента В в А (a = А(В)), а буквой b - твёрдый раствор компонента А в В (b = В(А)). Линия АСВ является линией ликвидус, АDСЕВ - линией солидус, DСЕ - линией эвтектического превращения. Линия DF показывает изменение с температурой предельной растворимости компонента В в a-фазе. Как видно из диаграммы растворимость компонента В в a-фазе с понижением температуры уменьшается. Линия ЕG является вертикальной прямой. Это говорит о том, что растворимость компонента А в b-фазе с изменением температуры не меняется.

Рассмотрим кристаллизацию нескольких сплавов. Сплав I начинает кристаллизоваться в точке 1 с выпадения из жидкого раствора кристаллов твёрдой a-фазы. По мере уменьшения температуры от точки 1 до точки 2 доля этих кристаллов нарастает, а количество жидкой фазы сокращается. В точке 2 процесс кристаллизации завершается полным превращением жидкости в кристаллы твёрдой a-фазы. В интервале температур от точки 2 до точки 3 происходит остывание этой твёрдой фазы. В точке 3 концентрация компонента В в a-фазе достигает своего предельного значения. Ниже точки 3 твёрдый раствор оказывается перенасыщенным компонентом В, и этот избыточный компонент выпадает из a-фазы, образуя b-фазу. Такую b-фазу, в отличие от первичной, выпадающей из жидкости, называют вторичной и обозначают b_II. Таким образом, сплав I ниже точки 3 и вплоть до комнатной температуры состоит из зёрен твёрдой a-фазы с вкраплениями кристалликов b_II-фазы.

Кристаллизация сплава II начинается в точке 4 также с выпадения из жидкого расплава кристаллов твёрдой a-фазы. По мере уменьшения температуры от точки 4 до точки 5 доля этих кристаллов нарастает, а количество жидкой фазы сокращается. Причём химический состав твёрдой фазы изменяется по линии солидус, а жидкой фазы – по линии ликвидус (участок 4-С). То есть и жидкость и a-фаза обогащаются компонентом В. В точке 5 сплав будет состоять из некоторого количества кристаллов твёрдой a-фазы, состава точки D, и какого-то количества жидкости, состава точки С. При указанной температуре эта оставшаяся жидкость кристаллизуется с образованием эвтектики, которая в данном случае представляет собой механическую смесь кристаллов a- и b-фаз. Эвтектическая реакция идет по следующей схеме:

Ж_С® a_D + b_Е = Э (2)

После завершения эвтектического превращения сплав будет состоять из кристаллов a-фазы и эвтектики. При дальнейшем остывании сплава из зёрен a-фазы выделяется избыточный компонент В в виде вторичной b-фазы. Поэтому при комнатной температуре сплав II будет состоять из эвтектики и зёрен a-фазы с вкраплениями фазы b_II.

Необходимо отметить, что вторичная b-фаза выделяется также из a-фазы, входящей в состав эвтектики. Однако эта b-фаза объединяется с одноименной фазой эвтектики и структурно не обособляется. Сплав II при всей сложности своей структуры состоит только из двух фаз: a и b.

Кристаллизация сплава III отличается от кристаллизации сплава II тем, что сначала из жидкого расплава выпадают кристаллы b-фазы, а не a-фазы. По мере снижения температуры количество кристаллов b-фазы нарастает, а не успевшая закристаллизоваться жидкость обогащается компонентом А. На линии эвтектического превращения DСЕ (т.е. в точке 7), эта жидкость будет иметь состав, соответствующий точке С, и кристаллизуется с образованием эвтектики по схеме (2). После завершения эвтектического превращения сплав будет состоять из кристаллов b-фазы и эвтектики. При последующем охлаждении сплава выделений вторичной a-фазы из b-фазы не наблюдается, так как растворимость компонента А в b-фазе с изменением температуры не меняется (если бы менялась, то наблюдалась бы фаза a_II). Таким образом, при комнатной температуре сплав III будет состоять из зёрен b-фазы и эвтектики.

Сплав, по химическому составу соответствующий точке С, имеет структуру, состоящую только из эвтектики. Это эвтектический сплав. У доэвтектических сплавов в структуре наряду с эвтектикой присутствуют кристаллы a-фазы. Их тем больше, чем сильнее состав сплава отличается от эвтектического. Заэвтектические сплавы имеют структуру, состоящую из эвтектики и кристаллов b-фазы. Сплавы, расположенные левее точки F, являются однофазными и состоят только из зерен a-фазы. Сплавы, расположенные правее точки G, состоят только из зёрен b-фазы.