5. Диаграма состояния п типа (с неограниченной растворимостью в твердом состоянии).

Диаграмма состояния П типа характеризует такие сплавы, компоненты которых неограниченно растворимы как в жидком, так и в твердом состоянии и образуют твердые растворы

В указанных условиях (при наличии 2-х компонентов) в системе возможно существование только 2-х фаз – жидкости L и твердого раствора α. Поскольку 3-х фаз быть не может, кисталлизация при постоянной температуре не происходит, и горизонтального участка на диаграмме нет.

Диаграмма состоит из 3-х областей: жидкость: L + твердый раствор; твердый раствор. Практическим примером таких диаграмм является диаграмма состояния сплавов Cu-Ni.

Линия АmВ соответствует началу кристаллизации и носит название ликвидус, АnВ – соответствует концу кристаллизации и носит название солидус. Диаграмма состояния строится согласно кривых охлаждения сплава. Для сплава К участок кривой охлаждения01 соответствует охлаждению жидкого сплава.

1-2 кристаллизация из жидкого сплава с выделением кристаллов твердого раствора, более богатых тугоплавким компонентом (Ni)

Т. 1 соответствует началу кристаллизации, т. 2 – концу, а между ними (т.е. между линиями ликвидус и солидус) сплав 2-х фазен. В соответствии с правилом фаз система будет моновариантна (2 компонента, 2 фазы) С=К-Ф+1=2-2+1=1. Это свидетельствует о том, что при изменении температуры изменится и концентрация компонентов в фазах. Каждой температуре соответствует определенный состав фаз. Концентрация и количество каждой фазы у сплава, лежащего между линиями солидус и ликвидус, определяется по правилу отрезков, например, сплав К в какой-либо точке а (малая) состоит из жидкой и твердой фаз. Состав жидкой фазы определяется проекцией т. “в” малая, лежащей на линии ликвидус, а состав твердой фазы - проекцией т. с малая, лежащей на линии солидус. Количество каждой фазы определяется из соотношений: для жидкой фазы: ас/bc, для твердой фазы: ba/bc. Для сплава К состав первых кристаллов определяется проекцией т. 1΄ (S). Кристаллизация заканчивается в т. 2, когда последняя капля жидкости с составом 2΄ (l) затвердевает.

В т. 1, когда кристаллизация только начинается, отрезок, соответствующий количеству твердой фазы равен нулю, а в т. 2 – когда кристаллизация закончилась, отрезок, соответствующий количеству твердой фазы равен количеству всего сплава.

Состав жидкости меняется по кривой 1-l, а состав кристаллов по кривой S-2. По окончании кристаллизации состав кристаллов такой же, как и состав исходной жидкости.

6. Диаграмма состояния ш типа.

Характеризует сплавы, компоненты которых неограничено растворимы в жидком состоянии и ограниченно в твердом состоянии. Химических соединений такие сплавы не образуют.

В сплавах такого рода (Cu-Al, Pb-Sn, Cu-Ag) возможно существование жидкой фазы; твердого раствора компонента В в А (α-раствор) и твердого раствора компонента А в В (β-раствор). В этих сплавах может быть достигнуто нонвариантное равновесие при наличии 3-х фаз: α, β, L.

В зависимости от того, какая реакция протекает в 3 - хфазной системе, диаграмма состояния может быть 2-х видов: диаграмма состояния с эвтектикой и диаграмма с перитектикой.

Диаграмма с эвтектикой.

В этой системе не образуются фазы из чистых компонентов. Из жидкости могут выделяться только твердые растворы α и β. Поэтому, около вертикалей А и В, соответствующих чистым компонентам, находятся области существования твердых растворов α и β. Предельная растворимость В в А определяется линией DF, а предельная растворимось А_а в В_в – линией CG. Между этими 2-мя линиями сплавы являются 2-х фазными, состоящими из α+β. АМВ – является линией ликвидус, а АДСВ – солидус. Зная правило фаз и отрезков, можно проследить за процессом кристаллизации любого сплава. Рассмотрим кристаллизацию сплава 1. Кристаллизация начинается в т. 1 (выше – жидкость). Концентрация выделяющихся при этом кристаллов изменится по кривой а-2, а жидкость по кривой 1-b. В т. 2 кристаллизация заканчивается, и до т. 3 кристаллы не изменяются (линия предельной растворимости). Ниже линии DF раствор α пересыщен компонентом В и выделяет избыточные кристаллы β – твердого раствора, количество которых при охлаждении увеличивается, т.е. выделившиеся из жидкости обозначают β₁. Количество β_П – кристаллов, выделившихся из сплава Ι, характеризуется отрезком от вертикали Ι до линии 3-F.

Β-кристаллы, выделившиеся из твердого раствора, называются вторичными и обозначаются β_П. Первичные кристаллы, т.е. выделившиеся из жидкости, обозначают β₁.

Если линия CG вертикальна, то растворимость А в В не зависит от температуры и вторичных α-кристаллов (α_П) нет. Если CG наклонена вправо, то растворимость уменьшается с понижением температуры и появляется α_П. Точка Д для твердого раствора α показывает максимальную растворимость В в А (В в А).

Диаграмма состояния с перитектикой.

Эвтектическое превращение сопровождается кристаллизацией жидкости в 2 твердые фазы. Другой тип норваиантного превращения (3х фан.) характеризуется тем, что жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами, образуя новых вид кристаллов. Подобная реакция называется перитектикой.

Диаграмма с перитектическим превращением состоит из 3х однофазных областей: жидкости L и ограниченных растворов α и β.

PF и DE – линии предельной растворимости (для простоты они показаны вертикальными). Линия АСВ – ликвидус, АРДВ – солидус. Кристаллизация сплава Ι начинается в т. 1, когда из жидкости выпадают кристаллы β-раствора состава точки b. С понижением температуры жидкость меняет концентрацию по линии ликвидус от т. 1 до С, а кристаллы β по линии солидус от т. b до Д.

СРД – перитектическая горизоталь, при достижении которой состав жидкости отвечает точке С, а состав кристаллов – т. Д. Реакция обеих этих фаз приводит к образованию 3-ей фазы - α, концентрация которойопределяется точкой Р.

Перитектическая реакция изображается следующим образом:

L_с+β_Д→α_р или L+β→α

Количественное соотношение фаз при перитектической реакции, необходимых для образования α-фазы определяют по правилу отрезков:

Кол-во β _ СР

Кол-во L − РД

В рассмотренном сплаве количество участвующих в перитектической реакции кристаллов β и жидкости определяется соотношением:

Кол-во β _ СР

Кол-во L − РД

т.е. в данном случае количество β-фазы избыточное по сравнению с количеством, необходимым для образования α-кристаллов. Структура содержит продукт перитектической реакции (α-кристаллы) и оставшиеся избыточные β-кристаллы.

Чем ближе т. 2 к Р, тем меньше избыток β-кристаллов. Для сплава, отвечающего точке Р, соотношение реагирующих при перитектическом превращении L и β-кристаллов достаточно для образования α-кристаллов предельной концентрации.

Для сплава Ι кристаллизация заканчивается перитектической реакцией. Перитектическая кристаллизация характеризуется тем, что новая α-фаза появляется на границе реагирующих жидкости и β-кристаллов.