5. Диаграмма состояния сплавов для случая ограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии

Характерной особенностью таких диаграмм является наличие при температурах ниже линии солидуса (т. е. для твердого состояния) линии (или линий) ограниченной растворимости.

Простейший вид такой диаграммы состояния показан на рис. 67. На этой диаграмме, как и в предыдущих случаях, верхняя линия KCD — это линия ликвидуса, показывающая температуры плавления сплавов; линия KECF — это линия солидуса, показывающая темпера- туры затвердевания сплавов.

Следовательно, ниже линии KECF все сплавы, состоящие изданных компонентов (А и В), находятся полностью в твердом состоянии. Линия SE показывает изменение растворимости компонента В в компоненте А в твердом состоянии. В данном случае с повышением температуры растворимость увеличивается.

Следовательно, если кристаллизуется сплав, лежащий левее точки S, то при любой температуре все количество компонента В находится в твердом растворе. Кристаллизация таких сплавов ничем не отличается от рассмотренных выше условий кристаллизации в случае неограниченной растворимости, т. е. после затвердевания и вплоть до полного охлаждения структура таких сплавов будет состоять из зерен твердого раствора. Другой характер имеет кристаллизация и структура сплавов, находящихся правее точки 5, т. е. находящихся за пределом растворимости.

Рассмотрим в качестве примера процессы, происходящие при охлаждении, например, сплава I — I (рис. 67). До температуры точки I сплав жидкий. При температуре точки I начинается кристаллизация и образуются кристаллы твердого раствора В в А (обозначим их α). Образование кристаллов происходит до температуры точки 2, В точке 2 сплав имеет структуру кристаллов α. От точки 2 до точки 3 происходит охлаждение сплава без изменения его структуры. При температуре точки 3 сплав пересекает линию предельной растворимости компонента В в А, т. е. линию SE. Ниже этой температуры (точки 3) растворимость становится все меньшей и меньшей. Все количество компонента В уже не может находиться в растворе. Часть компонента В должна выйти из раствора и образовать отдельные кристаллы компонента В, называемые вторичными (В_II).

Таким образом, после полного охлаждения сплав будет иметь структуру твердого раствора а и вторичных кристаллов компонента В (В_II). Процесс выделения вторичных кристаллов из твердого раствора называется вторичной кристаллизацией, в отличие от образования кристаллов в жидком сплаве (первичная кристаллизация). В сплавах, лежащих по составу правее точки Е т. е. на линии ECF, образуется эвтектика. Особенность этой эвтектики в том, что она представляет смесь не кристаллов Л и В, а кристаллов твердого раствора а и кристаллов компонента В.

Структура в различных областях диаграммы указана на рис. 67.

На рис. 68 приведена диаграмма с ограниченной растворимостью системы А1 — СuАl с условным изображением структур.

6. Диаграмма состояния сплавов для случая образования компонентами химического соединения

В общем виде химическое соединение обозначается A_m В_n. Это означает, что в этом соединении на т атомов компонента А приходится п атомов компонента В.

Состав химического соединения является постоянным, т. е. при нагреве и

охлаждении не изменяется. Диаграмма состояния сплавов для случая образования между компонентами химического соединения имеет вид, показанный на рис. 69.

Диаграмма как бы составлена из двух диаграмм, когда образуется механическая смесь. Это и вполне естественно. В сплавах левее точки С (соответствующей по составу химическому соединению А_mВ_n) имеется компонента А больше, чем входит в химическое соединение. Следовательно, в этих сплавах левее точки С будет механическая смесь А_mВ_n + А.

В сплавах правее точки С компонента В больше, чем может входить в химическое соединение. Следовательно, в этих сплавах будет механическая смесь А_mВ_n + В.

Кристаллизация таких сплавов в принципе ничем не отличается от кристаллизации по рассмотренной диаграмме, когда образуется механическая смесь (см. рис. 63 и стр. 82). Структуры, получающиеся в каждой области диаграммы, указаны непосредственно на диаграмме. Особенность заключается в том, что в левой части диаграммы будет эвтектика, состоящая из кристаллов А и химического соединения А_mВ_n, а в правой части диаграммы будет эвтектика, состоящая из кристаллов В и химического соединения А_mВ_n.

На рис. 70 показана диаграмма состояния сплавов Zn — Mg, в которых образуется химическое соединение MgZn₂.