Правило отрезков
При любой температуре, лежащей между линиями ликвидус и солидус, можно определить количественное соотношение фаз и их химический состав в любом сплаве при заданной температуре. Для этого необходимо через точку соответствующую температуре провести линию, параллельную оси концентраций до пересечения с линиями ликвидус и солидус (рис. 5). Горизонтальная линия, соединяющая состав фаз, находящихся в равновесии при определенной температуре в сплаве, называется конодой. На рисунке конодой является линия «aс».
Для определения химического состава фаз достаточно провести коноду в двухфазной области. Проекции точек пересечения коноды и линий диаграммы, ограничивающих двухфазную область, на ось абсцисс укажут химический состав каждой фазы при заданной температуре, т. е. точка a' соответствует химическому составу жидкой фазы (L), а точка с' – химическому составу -твердого раствора. При этом, количество компонента в жидкой фазе соответствует отрезку Аa' на оси концентраций, а количество компонента А – отрезку a'В.
Рис. 5 Определение химического состава фаз и их количественного соотношения в двойном сплаве компонентов А и В
Для определения количественного соотношения фаз, находящихся в равновесии при заданной температуре используют правило отрезков.
В соответствии с правилом отрезков для определения весовой или объемной доли какой-либо фазы (например, твердой) необходимо вычислить отношение длины отрезка коноды, примыкающего к области другой фазы (т.е. жидкой), к длине всей коноды. Для определения количества жидкой фазы необходимо определить отношение длины отрезка, примыкающего к области твердой фазы, к длине коноды. Следовательно, доля твердой -фазы (в процентах) в сплаве заданного состава при температуре t1 определяется соотношением:
Q= (ab/ас)100%,
а жидкой фазы L:
QL = (bс/ас)100%.
Диаграмма состояния системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
На рис. 6 представлена диаграмма состояния системы с неограниченной растворимостью компонентов как в твердом, так и в жидком состоянии. Линия «tA 1 tВ» является линией ликвидус, при температурах выше этой линии существует только жидкая фаза L. Линия «tA 2 tВ» является линией солидус, при температурах ниже этой линии устойчив -твердый раствор. Между линиями ликвидус и солидус в равновесии находятся жидкая фаза L и -твердый раствор.
Рассмотрим кристаллизацию сплава состава «I». При температурах выше точки 1 существует только жидкая фаза. При переохлаждении сплава чуть ниже точки 1 на величину ΔТ (степень переохлаждения) необратимо начинается процесс кристаллизации.
Рис. 6 Диаграмма состояния системы
с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
В интервале температур между точками 1 и 2 сплав является двухфазным, где присутствуют и жидкая и твердая фазы (L+). Конец кристаллизации сплава соответствует точке 2. Ниже этой точки существует только -твердый раствор, который охлаждается до точки 3 в твердом состоянии. Аналогично кристаллизуется и другие сплавы этой системы, образуя непрерывный ряд твердых растворов.