Линия солидус – линия конца кристаллизации.

Диаграмма состояния II рода для неограниченных твердых растворов

Примером сплавов с такими диаграммами состояния являются сплавы системы Cu ‑ Ni.

Если два компонента (А и В) неограниченно растворяются в жидком и твердом состоянии, то они не могут образовывать собственных кристаллов при любой концентрации этих компонентов. Соответственно при кристаллизации в этих сплавах будут выделяться кристаллы α-твердого раствора, а следовательно, максимальное число фаз в этих сплавах в твердом состоянии - одна (α-твердый раствор). В этом случае кристаллизация всех сплавов будет протекать только в интервале температур и, соответственно, на диаграмме состояния отсутствует горизонтальная линия (рис.6.3).

На диаграмме присутствуют три области: область выше линии Аа'В - жидкость; область между линиями Аа'В и Аb'В - жидкость и твердый раствор. Ниже линии Аb'В - область твердого раствора. Линия Аа'В является линией ликвидус, а линия Аb'В - линией солидус.

Рис. 6.3. Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы

структур сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии

Диаграмма состояния III рода для ограниченных твердых растворов

Этот тип диаграмм очень важен в практическом отношении, так как часто представлен в составе сложных диаграмм широко распространенных промышленных сплавов.

В рассматриваемой системе ограниченная растворимость компонентов в твердом состоянии может быть постоянной и может быть переменной. Оба рассматриваемых случая представлены на рис.6.4 (соответственно линии EN и DF). В итоге имеем диаграмму состояния с двусторонней ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.

На этой диаграмме линия GCH - линия ликвидус, выше которой все сплавы находятся в жидком расплавленном состоянии. Линия GEDH -линия солидус, ниже которой кристаллизация закончена и все сплавы находятся в твердом состоянии.

В такой системе компоненты А и В не могут при затвердевании образовывать собственных кристаллов, так как они между собой образуют твердые растворы α и β Соответственно в области, лежащей слева от линии EN при кристаллизации из жидкости начинают выделяться кристаллы твердого раствора α. В интервале кристаллизации сплавы имеют двухфазную структуру (Ж + α). После завершения кристаллизации и вплоть до окончательного охлаждения все эти сплавы имеют структуру однородного твердого раствора α. Аналогичная ситуация имеет место у всех сплавов, расположенных правее точки F, где образуются кристаллы β- твердого раствора.

У сплавов, расположенных в интервале между точкой F и проекцией точки D, первичная кристаллизация в интервале между ликвидусом и солидусом с образованием кристаллов β- твердого раствора. При этом сплавы после завершения кристаллизации вплоть до пересечения с линией DF имеют однородную структуру β-твердого раствора. При дальнейшем же охлаждении этих сплавов (например, сплава IV ниже точки 3) вплоть до полного охлаждения в структуре этих сплавов происходят изменения, связанные с выделением из β-твердого раствора второй фазы α_п (например, у сплава IV), причиной появления которой является уменьшение предела растворимости β-твердого раствора при понижении температуры сплава. На это указывает наклонный характер кривой DF. При понижении температуры твердый раствор β становится пересыщенным компонентом А, и для приведения системы в равновесие из этого твердого раствора β выделяется избыток растворенного компонента А. Но так как в данной системе чистые компоненты не могут существовать как самостоятельные фазы (они должны образовывать твердые растворы), то на базе избыточных кристаллов компонента А образуется сразу же вторичный α-твердый раствор (α_п), кристаллы которого и выделяются из β-твердого раствора и располагаются в виде мелкодисперсных включений внутри зерен основной фазы β. Такие избыточные кристаллы, выделяющиеся не из жидкости, а из твердой фазы, обозначаются α_II (вторичные кристаллы), а сам процесс выделения новой фазы в твердом состоянии называется вторичной кристаллизацией.

Рис.6.4. Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы образования структур сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии и с эвтектическим превращением

Точки Е и N характеризуют предельную растворимость компонента В в компоненте А, при эвтектической и комнатной температурах, а точки D и F - предельную растворимость компонента А в компоненте В, при эвтектической и комнатной температурах.

Как видно, предельная растворимость α-твердого раствора не изменяется с понижением температуры (линия EN - вертикальная), а предельная растворимость β-твердого раствора с понижением температуры уменьшается (линия DF - наклонная).

Точки Е и D являются границами линии ED, в пределах которой протекает эвтектическое превращение, а точка С - эвтектической точкой. Следовательно, во всех сплавах, расположенных в пределах границ эвтектической линии, будет образовываться эвтектика, аналогично диаграмме состояния I рода, но в данном случае эвтектика состоит не из механической смеси компонентов А и В, а из механической смеси их твердых растворов α и β. Соответственно, эвтектика в этом случае будет иметь вид: (α + β). Сплав с концентрацией компонентов А и В, соответствующей проекции точки С, т. е. сплав состава точки С, называется эвтектическим.

Все сплавы, расположенные между точками С и Е, называются доэвтектическими. Их кристаллизация будет начинаться с выделения кристаллов α-твердого раствора (например, сплава II в точке 1). В интервале кристаллизации (например, между точками 1 и 2) у этих сплавов будет структура (Ж + α). По линии ЕС в этих сплавах образуется эвтектика (α + β). После окончательного охлаждения Эти сплавы будут иметь структуру α + Эвтектика (α + β).

Все сплавы, расположенные между точками С и D, называются заэвтектическими. Их кристаллизация будет начинаться с выделения кристаллов β-твердого раствора (например, у сплава III в точке 1). В интервале кристаллизации (например, у сплава III между точками 1 и 2) эти сплавы имеют структуру (Ж + β). На линии CD у заэвтектических сплавов будет образовываться эвтектика (α + β).

При дальнейшем охлаждении заэвтектических сплавов в их структуре будут проходить последующие превращения, которых не было в доэвтектических сплавах. Причиной этих превращений является наклонный характер линии DF. Как уже было показано ранее, при наклонном характере кривой растворимости компонента А в компоненте В (линия DF) с понижением температуры предельная растворимость А в В становится меньше того количества А, которое в данный момент присутствует в сплаве. Поэтому из твердого раствора β будет выделяться α_п. Следовательно, все заэвтектические сплавы ниже температуры эвтектического превращения (например, сплав III ниже точки 2) будут иметь следующую структуру: β + Эвтектика (α + β) + α_п Эта структура содержит три структурных составляющих: β, Э(α + β) и α_II.

Диаграмма состояния IV рода для химических соединений.

Такая диаграмма изображена на Рис.6.5.

Примером диаграмм этого типа является диаграмма состояния сплавов системы Mg‑Са.

Химическое соединение (например, А_nВ_m) характеризуется определенным соотношением компонентов (например, n% компонента А и m% компонента В). На оси концентрации компонентов (ось абсцисс) химическое соединение обозначает точку, из которой выходит вертикальная линия, фактически разбивающая диаграмму на две простые диаграммы, в которых химическое соединение выступает уже в качестве самостоятельного компонента и, соответственно, образует эвтектики с компонентом А и с компонентом В.

Рис.6.5. Диаграмма состояния с устойчивым химическим соединением

Кристаллизация сплавов в пределах I к II простых диаграмм проходит аналогично кристаллизации сплавов, образующих эвтектику из чистых компонентов (диаграмма I рода). Поэтому после окончательного охлаждения у эвтектического сплава на I простой диаграмме структура будет состоять только из эвтектики (А + А_nВ_m), у эвтектического сплава на II простой диаграмме - из эвтектики (В + А_nВ_m); у доэвтектических сплавов соответственно на I простой диаграмме и на II простой диаграмме структура будет иметь вид: А + Э (А + А_nВ_m) и А_nВ_m + Э (В + А_nВ_m); у заэвтектических сплавов на I простой диаграмме - А_nВ_m + Э (А + А_nВ_m) и у заэвтектических сплавов на II простой диаграмме - В + Э (В + А_nВ_m).