Диаграмма состояния системы с образованием ограниченных твердых растворов

На рисунке 8 представлена диаграмма состояния системы, компоненты которой в твердом состоянии образуют ограниченные твердые растворы. Линия t_Аеt_В является линией ликвидус и выше нее в системе существует только жидкий раствор компонентов А и В с неограниченной растворимостью друг в друге. Линия t_АmЕnt_В представляет собой линию солидус и ниже нее в системе существует только твердая фаза различного состава в зависимости от соотношения компонентов А и В.

Линия mс представляет собой кривую растворимости компонента В в компоненте А, а линия nК - кривую растворимости компонента А в В в твердом состоянии. Нередко эти кривые называют линиями предельной растворимости или линиями насыщения соответствующими компонентами.

Область t_Аmс соответствует твердым растворам компонента В в компоненте А (область  - фазы). Область t_Вnк соответствует твердому раствору компонента А в В (область  - фазы).

Область, расположенная между кривыми растворимости mс и nк и ниже линии эвтектических реакций MEN, принадлежит двухфазному состоянию сплава из - и - твердых растворов.

Процессы превращения в сплавах определяются их составом. Рассмотрим процесс кристаллизации трех сплавов доэвтектического состава в зависимости от концентрационного соотношения компонентов А и В.

Рис. 8 Диаграмма состояния системы с ограниченной растворимостью

компонентов в твердом состоянии

В сплаве, линия фигуративных точек которого обозначена цифрой (I), выше точки 1 сплав представляет собой жидкий раствор L. Ниже точки 1 при соответствующем переохлаждении начинается кристаллизация. Из жидкого раствора выделяются кристаллы твердого раствора компонента В в компоненте А - -твердого раствора. Количество кристаллов -твердого раствора по мере понижения температуры будет увеличиваться и их состав будет изменяться по линии солидуса, в то время как состав жидкой фазы будет изменяться по линии ликвидус. Кристаллизация заканчивается в точке 2 образованием однородного -твердого раствора. При дальнейшем охлаждении от точки 2 до точки 3 изменение фазового состава не происходит. Таким образом, в результате кристаллизации в структуре образуется только твердый раствор компонента В в А, т.е. -твердый раствор.

В сплаве, линия фигуративных точек которого обозначена цифрой (II), при температурах выше точки 1 сплав представляет собой жидкий раствор L. Кристаллизация начинается чуть ниже точки 1 при достижении требуемой степени переохлаждении сплава и заканчивается в точке 2 с образованием -твердого раствора. При дальнейшем охлаждении по достижении температуры, соответствующей точке 3, -твердый раствор оказывается перенасыщенным по компоненту В. При дальнейшем снижении температуры растворимость второго компонента уменьшается, поэтому из -твердого раствора начинает выделяться избыточный компонент в виде кристаллов вторичного  - твердого раствора (_II). При температурах ниже точки 3 сплав состоит из двух фаз: кристаллов а - твердого раствора и вторичных кристаллов -твердого раствора. После окончания охлаждения сплав будет состоять из кристаллов -твердого раствора состава, отвечающего точке с и некоторого количества избыточных (вторичных) кристаллов -твердого раствора состава точки K.

В сплаве, линия фигуративных точек которого обозначена цифрой (III), при охлаждении от точки 1 до точки 2 выделяются -кристаллы. В точке 2 -твердый раствор будет иметь состав, соответствующий точке m, т.е. будет максимально насыщен компонентом В, а оставшаяся часть жидкого раствора будет иметь состав, определяемый эвтектической точкой е. Чуть ниже точки 2 жидкая фаза исчезает полностью с образованием эвтектики, которая будет состоять из смеси - и -твердых растворов с максимальной концентрацией компонентов А и В, соответствующей предельным значениям в точках m и n соответственно:

L_e α_М + β_N

Эвтектика

Структурными составляющими сплава ниже линии солидус являются избыточные кристаллы -твердого раствора и эвтектика, состоящая из - и -фаз. Однако структура не остается стабильной и претерпевает дальнейшее превращение в твердом состоянии при охлаждении от точки 2 до точки 3. При этом фазовые составляющие рассматриваемого сплава будут изменять свой состав в соответствии с диаграммой по линиям mс ( - фаза) и NK ( - фаза).

В точке 3 структурными составляющими будут: первичные кристаллы -твердого раствора, эвтектика, состоящая из - и -фаз и вторичные кристаллы -фазы, выделившейся из -твердого раствора в процессе охлаждения от точки 2 до комнатной температуры (_II):

_С + (_M+ _N) +

При кристаллизации эвтектического сплава состава точки Е в структуре будет присутствовать только одна эвтектика, а кристаллизация заэвтектических сплавов может быть описана по аналогии с доэвтектическими, однако конечная структура для них уже определяется количеством  - твердого раствора.