Формула

При температуре конца кристаллизации (t2) последние следы жидкой фазы (состава точки 2 ’) исчезнут и сплав будет состоять из α- кристаллов (состава точки 2). При охлаждении от температуры t2 до комнатной в сплаве не происходит фазовых превращений. После равновесной кристаллизации структура сплава Х будет состоять из кристаллов твердого раствора α, состав которых соответствует составу сплава. Зерна под микроскопом могут иметь неодинаковый цвет (более темный или более светлый), т.к. в сечении шлифа попадают различные кристаллографические плоскости по-разному ориентированные в пространстве кристаллов. Аналогичную структуру будут иметь все однофазные сплавы, а также чистые компоненты. По структуре однофазного материала после равновесной кристаллизации нельзя определить что это: сплав, раствор или чистый металл. Форма и размеры зерен не являются специфическими для того или иного сплава, а зависят от условий кристаллизации.

Эвтектическое превращение

При температуре tе в системе А-В (рисунок 3, 4) протекает эвтектическое превращение:

Формула

Это превращение происходит во всех сплавах, расположенных по составу между точками а и b. Горизонталь аb и точку е на этой горизонтали называют эвтектическими, а смесь кристаллов (αа + βb), которые выделяется из жидкости при эвтектической кристаллизации, – эвтектикой.

Кривые аа 1 и bb 1, показывающие как изменяется растворимость одного компонента в другом в твердом состоянии при понижении температур от эвтектической до комнатной, называют сольвусами α и β – твердых растворов.

Сплавы, расположенные левее точки е, называют доэвтектическими. Сплавы, расположенные правее точки е – заэвтектическими. Сплав, состава точки е, называют эвтектическим, или просто эвтектикой.

Рисунок 2 - Фазовая диаграмма состояния сплавов, компоненты которых ограничено растворимы в твердом состоянии и образуют эвтектику.

Рисунок 3 - Структурная диаграмма состояния сплавов, компоненты которых ограничено растворимы в твердом состоянии и образуют эвтектику.

Кристаллизация граничных α и β – растворов в сплавах, состав которых находится в интервале А-а 1 и В-b 1, протекает также, как сплав системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях.

Сплавы, состав которых находится в интервалах а 1 с и db 1, не претерпевают эвтектического превращения. Рассмотрим процессы фазовых превращений на примере сплава Х1. В интервале температур t1 – t2 сплав Х1 кристаллизуется как граничный α – твердый раствор, идет первичная кристаллизация.

При охлаждении от температуры t2 до температуры t3 в нем непротекают никакие фазовые превращения. Как только фигуративная точка сплава окажется на кривой солидуса аа 1, граничный α – раствор состава точки 3 станет насыщенным относительно граничного твердо- го раствора β состава точки 3´. Поэтому при дальнейшем понижении температуры от t3 до комнатной из α – кристаллов, изменяющих свой состав по кривой 3а 1, выделяются вторичные кристаллы β – фазы, со- став которых будет изменяться по кривой 3´ b 1.

Этот процесс можно записать так:

При комнатной температуре кристаллы α -фазы состава а 1 окажутся в равновесии с кристаллами β состава b 1. Доля обеих фаз по правилу рычага измеряется отношением отрезков.

x 1 b 1/ a 1 b 1(α) и a 1 x 1/ a 1 b 1(β)

Под микроскопом в структуре сплава Х1 можно увидеть кристаллы двух видов: первичные кристаллы α – раствора (основа сплава) и вторичные β –кристаллы. Вторичные выделения образуются по границам и внутри зерен исходной фазы α. Вторичные выделения обычно имеют пластинчатую или иглообразную форму, иногда они имеют вид тонких прослоек или компактных частиц, располагающихся по границам первичных зерен (рисунок 4).

В сплаве Х1 имеются две структурные составляющие первичные кристаллы α – фазы и вторичные кристаллы β.

Структурные составляющие в сплавах – это самостоятельные элементы их микроструктуры, которые при рассмотрении под микроскопом имеют свое характерное однородное строение. Для сплава Х1 понятие «структурная составляющая» и «фаза» совпадают, поскольку каждая из его структурных составляющих – это одновременно α или β – фаза.

Рисунок 4 - Схемы структуры сплава Х1 с вторичными выделениями пластинчатой формы (а), в виде тонких прослоек (б), компактных частиц (в).

Более сложную структуру имеют до – и заэвтектические сплавы, в которых помимо первичных α – или β – кристаллов.

В заэвтектическом сплаве Х2 процесс первичной кристаллизации пройдет по схеме:

Из оставшейся жидкости Же выделяется эвтектика – смесь кристаллов (α а+ β b).

По окончании кристаллизации сплав Х2 состоит из первичных кристаллов β b, эвтектики (α а+ βb). Так как при эвтектической температуре сплав Х2 состоит из кристаллов предельно насыщенных αа- и βb- растворов, а с понижением температуры взаимная растворимость компонентов в твердом состоянии уменьшается, то при охлаждении до комнатной температуры их β –кристаллов (первичных и эвтектических) будут выделяться вторичные α –кристаллы, а из эвтектических α–кристаллов – соответственно вторичные β –кристаллы.

а) б)

Рисунок 5 - Схемы структур заэвтектического сплава Х2 с эвтектикой и первичными кристаллами в форме многогранников (а) и дендритов (б).

Первичные β – кристаллы могут иметь четкую огранку (рисунке 5а) или дендритную форму (рисунке 5б). Вокруг первичных β – кристаллов видна вторая структурная составляющая – эвтектика (α + β), имеющая пластинчатое или другое строение. Внутри первичных кристаллов β в небольшом количестве находится третья структурная составляющая – вторичные α –кристаллы. Выделения вторичных кристаллов в эвтектике незаметны, так как сама эвтектика достаточно дисперсная смесь двух видов кристаллов. Структура других заэвтектических сплавов аналогична разобранной. Различие состоит лишь в соотношении объемов в структурных составляющих.