Диаграмма с образованием эвтектики

В системе эвтектического типа (рисунок 3.2, а) из жидкости при затвердевании выпадают чистые^* компоненты А и В, не образующие в твердом состоянии растворов и соединений.

Эта диаграмма характеризуется понижением температуры плавления при введении в каждый из компонентов (А или В) некоторого количества второго элемента.

Кривые ликвидус пересекаются при некоторой минимальной температуре. Точка их пересечения называется эвтектической точкой. Горизонтальная линия, проходящая через эвтектическую точку, называется эвтектической линией или линией эвтектики.

Примером такой диаграммы является система Pb-Sb (рисунок 3.3). Сплав III (эвтектический) в условиях стабильного равновесия плавится и затвердевает при постоянной температуре, которая также называется эвтектической.

Рисунок 3.3. Диаграмма эвтектического типа свинец – сурьма

Вся диаграмма состоит из четырех областей. Выше линии ACB сплав находится в виде однородного жидкого раствора. В области ACD смесь жидкой фазы и кристаллов свинца. В области BCE твердожидкое состояние, состоящее из жидкой фазы и кристаллов сурьмы. Ниже линии эвтектики DCE сплав находится в твердом состоянии. Причем при содержании Sb до 13% затвердевший сплав состоит из избыточных кристаллов свинца и эвтектики являющейся физико-химической смесью мелкодисперсных частиц свинца и сурьмы. Сплав, содержащий более 13% - заэвтектическим. Заэвтектический сплав содержит избыток кристаллов сурьмы и эвтектику.

Сплавам системы эвтектического типа свойственны следующие превращения при охлаждении.

В доэвтектическом сплаве, охлажденном из жидкого состояния, по достижении температуры линии AC начинается выделение твердых кристаллов. Чтобы определить состав фаз при данной температуре необходимо провести горизонтальную линию, соответствующую заданной температуре (коноду). Перемещения концов коноды вдоль пересекающих ее кривых определяет состав фаз. Твердой фазой в данном случае является чистый^* свинец, состав жидкой фазы определяется кривой AC. Относительное количество твердой и жидкой фаз вычисляется по «правилу рычага», согласно которому количество твердой фазы определяют отношением длины плеча, примыкающего к составу жидкой фазы, к длине всего рычага, а для определения количества жидкой фазы - отношением длины рычага, примыкающего к составу твердой фазы, к длине всего рычага (коноды).

При охлаждении сплава II ниже линии ликвидус из жидкой фазы выделяются избыточные кристаллы свинца до тех пор, пока система не достигает температуры эвтектического превращения. Количество оставшейся незакристаллизованной жидкой фазы при этом составляет . Состав ее, изменяясь по линии AC, при температуре точки C достигает эвтектического, и при этой температуре эта часть жидкости кристаллизуется по эвтектическому механизму, согласно которому происходит одновременная кристаллизация переплетающихся в виде регулярно чередующегося бикристалла свинца и сурьмы. Ранее выпавшие первичные кристаллы свинца оказываются окруженными этой тонко-дифференцированной эвтектической физико-химической смесью (эвтектикой).

Чисто по эвтектическому механизму кристаллизуется лишь III сплав с содержанием 13% Sb. Кристаллизация заэвтектического сплава (IV) начинается в точке в выделением избыточных кристаллов сурьмы. Состав твердой и жидкой фаз и их относительное количество определяется тем же способом, что и для доэвтектического сплава. Структуры доэвтектических, эвтектических и заэвтектических сплавов имеют вид, приведенный на рисунке 3.3.

Как уже нам известно, практически применяемые скорости охлаждения сплавов приводят к некоторым отступлениям от правил строения сплавов, предусмотренных фазовой диаграммой, причем кристаллизация сплавов почти всегда происходит в условиях некоторого переохлаждения. Причем, чем выше степень переохлаждения тем мельче получается фазовые выделения, тем мельче становится эвтектика. Отклонения от равновесной кристаллизации сплавов часто вызывает образование чисто эвтектической структуры без образования первичных составляющих для сплавов неэвтектического состава. Такая структура сплава называется «квазиэвтектической» (рисунок 3.4).

Это объясняется тем, что с увеличением степени переохлаждения происходит изменение линейной скорости роста кристаллов избыточных фаз (Pb и Sb) и эвтектических колоний, причем линейная скорость роста зерен эвтектики оказывается больше линейной скорости роста кристаллов избыточных фаз, в связи с чем образование эвтектики во всем объеме металла завершается еще до того, как вырастут первичные кристаллы избыточных фаз.

Область образования квазиэвтектики ограничивается зоной, составленной продолжением линий ликвидуса системы, причем, чем больше степень переохлаждения, тем в более широком интервале концентраций сплавов возможно образование квазиэвтектики.

Рисунок 3.4. Схема определения области образования квазиэвтектических структур в сплавах