1.2. Виды диаграмм двух компонентных систем в процессе охлаждения

При наличии в системе двух компонентов фазовые превращения усложняются, так как наряду с фазовыми превращениями, полиморфными модификациями компонента могут происходить и другие процессы, обусловленные взаимодействием компонентов, что объясняет многообразие типов диаграмм систем с двумя компонентами.

К основным типам диаграмм двух компонентных систем являются:

1. Диаграмма двухкомпонентной системы с одной точкой эвтектики (диаграммы общего вида).

2. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с химическими соединениями.

3. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с явлением ликвидации.

4. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем с твердыми растворами.

1.2.1. Диаграмма двухкомпонентной системы с одной точкой эвтектики

Для конденсированных систем, содержащих два компонента, максимальное число степеней свободы равно двум. Таким образом:

f = k + 1 – P = 2 – 1 + 1 = 2, (1)

где f – степень свободы, k – число компонентов, P – число фаз [1, стр.205].

Внешний вид диаграммы приведен на рисунке 1. Левый конец горизонтальной оси концентраций компонентов, обозначенный буквой А, соответствует 100% содержанию компонента А, правый – 100% содержанию компонента В.

Рассмотрим последовательность фазовых превращений, происходящих при охлаждении исходного состава системы от точки М (рисунок 1). Следует отметить, что если рассматривать нагрев исходного состава системы М, то последовательность фазовых превращений будет обратной его охлаждению, поэтому в дальнейшем будем рассматривать только кристаллизацию исходных составов.

Начинаем охлаждать с постоянной скоростью расплав, соотношение компонентов в котором определяется точкой М. Выше температуры Т₁ в равновесии находится расплав L_m состава М. Число степеней свободы при этом равно двум: можно в некоторых пределах изменять температуру и состав системы (добавляя, например, в расплав кристаллы одного из компонентов, которые сразу же плавятся) без изменения фазового равновесия (таблица 1). Такое фазовое равновесие будет наблюдаться при охлаждении до температуры Т₁.

При температуре Т₁, когда вертикаль исходного состава касается линии ликвидуса, расплав становится пересыщен по отношению к компоненту В, и начинается его кристаллизация. Так как степень свободы при этом становится равной единице, то при дальнейшем охлаждении при продолжающейся кристаллизации компонента В состав расплава будет меняться строго по линии ликвидуса.

При достижении температуры эвтектики Т_е* состав расплава становится равным L_m и начинается кристаллизация компонента А. В равновесии будут находиться уже три фазы: расплав, кристаллы А и В. Степень свободы при этом становится равной нулю. Таким образом, точка эвтектики на диаграмме определяет нонвариантное состояние.

Дальнейшее понижение температуры невозможно без изменения числа равновесных фаз. Поэтому в точке эвтектики закончится кристаллизация исходного состава системы, а пропадающей фазой при этом будет расплав. По окончании кристаллизации система становится моновариантной, и дальнейшее понижение температуры приводит к охлаждению смеси кристаллов А и В.

Фазовые изменения любого другого бинарного состава системы будут протекать аналогично рассмотренному. Исключение составляет исходный состав, совпадающий с точкой эвтектики. Для него при температуре Т_е начинается одновременная кристаллизация компонентов А и В и при этой же температуре кристаллизации закончится.

Для определения состава расплава, как и любой другой точки системы из искомой точки опускается перпендикуляр на ось концентраций: точка пересечения этих прямых определяет соотношение компонентов в расплаве.

Таблица 1

Фазовые изменения системы при охлаждении

Температура	Равновесные фазы	Степень свободы
Т = То	Lm	2
Т = Т1	Lm + кр.В	1
Те < Т < Т1	Lm- > е + кр.В	1
Т = Те	Lе + кр.А +кр.В	0
Т < Те	кр.А + кр.В	1