5.2.4.Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные растворы и перитектику

До сих пор мы рассматривали случаи, в которых образование твердого раствора происходило непосредственно из жидкого сплава. Кроме того, новые твердые растворы могут образовываться при взаимодействии жидкой и твердой фаз.

Такой процесс образования новой фазы за счет растворения (расплавления) старой фазы в жидкости называется перитектическим. Температура, при которой происходит этот процесс, называется перитектической.

В момент образования твердого раствора при этих условиях должны существовать три фазы: две, взаимодействующие между собой, и третья -твердый раствор, получающийся в результате этого взаимодействия. Следовательно, в соответствии с правилом фаз образование твердого раствора по перитектической реакции идет при постоянной температуре и на диаграмме состояния ему должна соответствовать линия, параллельная оси состава, а на кривых охлаждения - остановка (площадка). Диаграмма состояния такого типа показана на рис. 5.7.

Перитектическое превращение на этой диаграмме происходит при температуре, отвечающей линии РКС. При этой температуре жидкий сплав состава, соответствующего точке Р, взаимодействуя с кристаллами В, образует твердый раствор В в А состава, соответствующий точке К, который обозначим _к. Такое обозначение является стандартным, буквами греческого алфавитами ,, и т. д. обозначают разные твердые растворы. Реакция показывает, что указанный процесс обратимый и, следовательно, при нагреве _к не сразу расплавляется, а сначала при перитектической температуре распадается на жидкий сплав состава точки Р и кристаллы В.

Для уяснения особенностей перитектической кристаллизации рассмотрим процессы, происходящие в некоторых сплавах этой системы .

Сплав 1-1 (перитектический). До температуры 1 сплав находится в жидком состоянии. При температуре 1 начинается выделение кристаллов ВР. При этом состав жидкой части сплава с понижением температуры меняется по линии ликвидуса ВР. Выделение кристалл в В идет до перитектической температуры, соответствующей точке 2, при которой жидкая часть сплава имеет состав, отвечающий точке Р. При этой температуре происходит перитектическая реакция, т. е. жидкий сплав состава Р в результате взаимодействия с кристаллами В образует твердый раствор а, состав которого отвечает точке К (предельная растворимость В в А), т. е. Ж+Вα.

Как видно из диаграммы и в соответствии с правилом отрезков, для образования α нужно, чтобы количество жидкой части сплава состава Р соответствовало отрезку КС, а твердой части сплава - отрезку РК. Тогда после окончания перитектического превращения сплав 1-1 будет состоять только из твердой фазы _к.

При дальнейшем понижении температуры в результате изменения растворимости компонента В в компоненте А из твердого раствора a выделяются вторичные кристаллы В_II. При этом состав твердого раствора будет меняться по линии предельной растворимости КЕ. Следовательно, после окончательного охлаждения сплав будет состоять из А_Е и В₁₁.

Сплав II-II. От точки 1- до точки 2 выделяются кристаллы В, при температуре 2 идет перитектическая реакция. К моменту начала перитектической кристаллизации ранее выделившиеся кристаллы В₁, имеют массу, соответствующую отрезку коноды РМ, который явно длиннее отрезка РК. Следовательно, в сплаве II-II образовалось кристаллов В1 больше, чем требуется для реакции (требуется соответственно отрезку РК, а имеется соответственно отрезку РМ). Часть кристаллов В в перитектическом превращении принимать участие не будет, а останется в структуре сплава в виде отдельных зерен, называемых избыточными. Поэтому после полного охлаждения структура будет А_Е + В₁₁ + В_1изб.

Сплав III-III. Между точками 1-2 выделяются кристаллы В₁. При температуре 2 идет перитектическая реакция Ж+В_к

Так как в сплаве жидкой фазы (Ж) больше, чем требуется для этой реакции (требуется соответственно отрезку КС, а имеется соответственно отрезку NC), то часть жидкого сплава в перитектическом превращении принимать участия не будет. После того как все кристаллы В, будут израсходованы на образование твердого раствора _к, перитектическая реакция закончится и сплав будет состоять из Жср и _к.

При дальнейшем охлаждении от точки 2 до 3 происходит затвердевание оставшейся жидкой части сплава, из которой выделяются кристаллы твердого раствора α. При понижении температуры состав жидкой фазы меняется по линии ликвидуса РА, а состав твердого раствора по линии солидуса КА. При температуре, отвечающей точке 3, сплав полностью затвердеет; он состоит только из зерен -раствора.

Перитектическое превращение наблюдается в сплавах Cu-Zn, Cu-Sn, Cd-Hg, Fe-Fе_зС и т. д.