Наиболее простыми являются диаграммы состояния систем, в которых компоненты неограниченно смешиваются в жидком состоянии, совершенно не смешиваются в твердом, химически не взаимодействуют друг с другом и не образуют твердых растворов.
Образование таких диаграмм наблюдается, как правило, в том случае, когда компоненты А и В имеют разные типы кристаллических решеток и различные размеры радиусов частиц решетки, или при наличии одинакового типа решетки резко различных радиусов частиц. Диаграмма состояния системы с простой эвтектикой для компонентов А и В схематически представлена на рис.3.7.
Любую фазовую диаграмму следует разбирать по следующему плану:
1. Описать все поля, все характерные линии и точки.
2. Построить кривую охлаждения из точки заданного состава.
3. Для каждого участка кривой охлаждения применить правило фаз Гиббса.
4. Определить состав всех соединений и записать их формулы.
5. Применить правило рычага к указанной точке.
Рис.3.7. Диаграмма состояния системы с эвтектикой.
|
|
Значение полей | |
Ж | расплав |
А+Ж | расплав + кристаллы компонента А |
В+Ж | расплав + кристаллы компонента В |
А+В | механическая смесь кристаллов компонентов А и В |
Значение линий | |
ТАЕ | линия ликвидуса – каждая точка линии показывает состав расплава, который находится в равновесии с кристаллами компонента А |
ЕТВ | линия ликвидуса – каждая точка линии показывает состав расплава, который находится в равновесии с кристаллами компонента В |
FЕG | линия солидуса (линия эвтектики) – каждая точка показывает состав системы, состоящей из расплава состава точки Е, и двух твердых фаз – кристаллов компонента А и кристаллов компонента В, находящихся в равновесии, ниже этой линии жидкая фаза отсутствует |
Значение точек | |
ТА | температура плавления компонента А |
ТВ | температура плавления компонента В |
Е | точка эвтектики |
ТЕ | температура эвтектики |
Эвтектика – механическая мелкозернистая смесь кристаллов двух компонентов, обладающая самой низкой температурой кристаллизации.
Механическая смесь кристаллов компонентов А и В, которая одновременно кристаллизуется при температуре ТЕ – твердая эвтектика. Твердая эвтектика состоит из равномерно распределенных мельчайших кристаллов обоих компонентов, что обуславливает ряд ценных механических свойств эвтектических сплавов.
Точка Е пересечения кривых ТАЕ и ЕТВ показывает температуру и состав расплава, который одновременно находится в равновесии с кристаллами компонента А и компонента В – точка эвтектики.
Расплав, состав которого соответствует точке Е – эвтектический расплав.
|
|
На линии эвтектики FЕG в равновесии находятся три фазы:
· расплав состава точки Е ();
· кристаллы компонента А;
· кристаллы компонента В.
По достижении температуры эвтектики (ТЕ) наступает эвтектическая реакция – из расплава выделяются кристаллы обоих компонентов:
Линия, показывающая изменение состава жидкой фазы от начала процесса охлаждения расплава до его полной кристаллизации – путь кристаллизации (кривая Mаb1E).
Рассмотрим процесс охлаждения расплава, заданного точкой М.
Таблица 3.1
Результат рассмотрения процесса охлаждения расплава из точки М
Точка | Что происходит | Ф | С | Что означает число степеней свободы |
М | Охлаждение расплава | Можно менять температуру и состав расплава | ||
а | Появляются первые кристаллы компонента А | Можно менять только температуру | ||
b | Продолжают выпадать кристаллы компонента А, состав расплава b1, состав твердой фазы b2 | Можно менять или температуру или состав расплава |
Продолжение таблицы 3.1
d | Одновременно кристаллизуются компоненты А и В, на кривой охлаждения участок d - d ’ | Система инвариантна | ||
е | Охлаждение механической смеси компонента А состава е2 и компонента В состава е1 | Можно менять только температуру |