Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях

Если компоненты сплава образуют неограниченные твердые растворы, то на диаграмме состояния имеются только две линии: линия начала кристаллизации и линия окончания кристаллизации (рис. 4). Каждая из них является совокупностью критических точек для всех сплавов данной системы.

Рис.4 Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов

Линию начала кристаллизации Т_А1с3Т_В называют линией ликвúдус (от латинского слова liqua – жидкость). Выше этой линии все сплавы системы находятся в жидком состоянии.

Линию окончания кристаллизации Т_А2а4Т_В называют линией солúдус (от латинского слова solid –твердое тело). Ниже этой линии все сплавы системы находятся в твердом состоянии.

Все сплавы с такой диаграммой состояния кристаллизуются в интервале температур, в отличие от чистых компонентов A и B. Между линиями ликвидус и солидус все сплавы находятся в двухфазном состоянии: жидкость и кристаллы твердого раствора. После кристаллизации все сплавы системы являются однофазными и представляют собой твердый раствор компонента B в решетке компонента A (или, наоборот, твердый раствор компонента A в решетке компонента B). На диаграмме твердый раствор обозначают греческими буквами, например, a.

В процессе кристаллизации изменяются концентрация компонента в фазах и количество фаз. Для их определения служит правило фаз.

Рассмотрим процесс кристаллизации произвольного сплава Х (рис.4).

При температуре Т₁ начинается кристаллизация. В процессе кристаллизации в интервале температур Т₁ –Т₃ в жидкой фазе выделяются кристаллы a(альфа) твердого раствора различного состава.

Чтобы определить концентрации компонентов в фазах в любое момент время процесса кристаллизации, через точку, характеризующую состояние сплава в этот момент, проводят горизонтальную линию (коноду) до пересечения с линиями, ограничивающими данную область, т.е. ликвидус и солидус. Проекции точек пересечения коноды с линиями диаграммы на ось концентраций показывают составы фаз.

Рис.5 Правило отрезков

Например, при температуре t3 (рис.5) химический состав первичных кристаллов a определяется проекцией точки к на ось концентраций. Состав жидкой фазы при этой температуре определится проекцией точки r на ось концентраций.

Таким образом, в процессе кристаллизации состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус mkd. Состав твердых кристаллов изменяется по линии солидус nrs.

Состав образующихся из жидкости кристаллов при разных температурах будет различен. Центр образующегося зерна будет обогащен более тугоплавким компонентом, а границы наоборот более легкоплавким. Такая неоднородность химического состава внутри зерна называется дендритной ликвацией.

Для того, чтобы определить количественное соотношение фаз в любой момент времени кристаллизации, через заданную точку проводят горизонтальную линию (коноду). Отрезки этой линии между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.

Например, при t3 количество жидкой фазы определяется отношением отрезков:

;

количество твердой фазы отношением