Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии и эвтектическим превращением

Такую диаграмму образуют компоненты, которые неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно растворимы в твердом состоянии и не образуют химических соединений, например Fe-C, Al-Cu и др.

В рассматриваемой системе ограниченная растворимость компонентов в твердом состоянии может не меняться с изменением температуры, как на рис.3 слева а может и меняться, как на рис. 3 справа.

GCH – линия ликвидус, выше которой все сплавы имеют однородный жидкий раствор. Линия GEСDH – линия солидус, ниже которой в сплавах отсутствует жидкая фаза.

Компоненты А и В не могут при затвердевании образовывать собственных кристаллов, т.к. они между собой образуют твердые растворы  и  в тех областях диаграммы, которые расположены соответственно слева от вертикали EN и справа от линии DF. В этих областях все сплавы кристаллизуются в интервале между ликвидусом и солидусом. Соответственно в области слева от EN при кристаллизации из жидкости начинают выделяться кристаллы твердого раствора . В интервале кристаллизации сплавы имеют двухфазную структуру Ж+. После завершения кристаллизации и до самого охлаждения эти сплавы имеют структуру однородного твердого раствора . Аналогично справа, с той разницей, что выделяются кристаллы -твердого раствора.

Рис.3. Диаграмма состояния компонентов, органиченно растворимых в твердом состоянии и образующих эвтектику и типовая кривая охлаждения

У сплавов, расположенных в интервале между точкой F и проекцией точки D, первичная кристаллизация в интервале между ликвидусом и солидусом протекает аналогично описанной. Сплавы после завершения кристаллизации до пересечения с линией DF имеют однородную структуру -твердого раствора. При дальнейшем охлаждении этих сплавов до полного охлаждения в структуре этих сплавов происходят изменения, связанные с выделением из -твердого раствора второй фазы _П, причиной появления которой является уменьшение предела растворимости -твердого раствора при снижении температуры. На это указывает наклонный характер кривой DF. При понижении температуры твердый раствор  становится пересыщенным компонентом А, и для приведения системы в равновесие из этого твердого раствора выделяется избыток растворенного компонента А. Но т.к. чистые компоненты в этой системе не могут существовать как самостоятельные фазы (они должны образовать твердые растворы), то на базе избыточных кристаллов компонента А образуется сразу же -твердый раствор, кристаллы которого выделяются из -твердого раствора и располагаются в виде мелкодисперсных включений внутри зерен основной фазы. Такие избыточные кристаллы, выделяющиеся не из жидкости, а из твердой фазы, обозначаются _П (вторичные -кристаллы), а сам процесс выделения новой фазы в твердом состоянии называется вторичной кристаллизацией.

Точки E и N характеризуют предельную растворимость компонента В в компоненте А, т.е предельную концентрацию -твердого раствора при эвтектической и комнатной температурах, а точки D и F – предельную растворимость компонента А в компоненте В, т.е. предельную концентрацию -твердого раствора при эвтектической и комнатной температурах.

Точки E и D являются границами линии ED, в пределах которой протекает эвтектическое превращение, а точка С – эвтектической точкой. Во всех сплавах, расположенных в пределах границ эвтектической линии, будет проходить эвтектическое превращение, которое приводит к образованию механической смеси твердых растворов  и . Эвтектика в этом случае будет иметь вид Э(+), а эвтектическая реакция: Ж_E+_D. Сплав компонентов А и В, соответствующий проекции точки С, т.е. сплав состава точки С, называется эвтектическим.

Все сплавы, расположенные между точками С и Е, называются доэвтектическими. Их кристаллизация начинается с выделения кристаллов -твердого раствора. В интервале кристаллизации у этих сплавов будет двухфазная структура Ж+. На линии ЕС в доэвтектических сплавах будет проходить эвтектическая реакция у той части жидкости Ж, которая еще осталась в сплаве на этот момент (ее количество определяется по правилу отрезков). Для доэвтектических сплавов: +Ж+Э(+). Они после окончания охлаждения будут иметь структуру +Э(+).

Все сплавы, расположенные между С и D, называются заэвтектическими. Их кристаллизация начинается с выделения кристаллов -твердого раствора. В интервале кристаллизации (между точками 1 и 2 на рис.3 для сплава I) эти сплавы имеют двухфазную структуру Ж+. На линии CD будет проходить эвтектическая реакция: +Ж+Э(+). При дальнейшем охлаждении из твердого раствора  будет выделяться _П. Т.е. все заэвтектические сплавы ниже температуры эвтектического превращения будут иметь следующую структуру: +Э(+)+_П. Эта структура содержит три структурных составляющих: , Э(+) и _П, но при этом структура остается двухфазной: -фаза и -фаза.

Таким образом, по диаграмме состояния можно анализировать превращения, происходящие в сплаве определенного состава при охлаждении/нагреве и определять количество и состав фаз при любой температуре.