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

Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, и ограниченно растворимы в твердом состоянии.

Компоненты: химические элементы А и В (К = 2).

Фазы: жидкость Ж, твердые растворы α (раствор компонента В в А) и β(раствор А в В) (Ф = 3).

На диаграмме растворимость В в А не меняется с изменением температуры, а растворимость А в В – меняется. Линия GCH –линия ликвидус, линия GEDH –линия солидус (рис.9

).

Рис.9 Диаграмма состояния сплавов с эвтектическим превращением и ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

В рассматриваемой системе компоненты А и В не могут при затверде­вании образовывать собственных кристаллов, так как они между собой об­разуют твердые растворы α и β 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, лежащей слева от линии EN, при кристаллизации из жидкости начинают выделяться кристаллы твердого раствора α (например, для сплава 1 в точке 1). 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, с той лишь разницей, что вместо α -твердого раствора у них выделяются кристаллы β-твердого раствора.

У сплавов, расположенных в интервале между точкой F и проекцией точки D, первичная кристаллизация в интервале между ликвидусом и солидусом протекает аналогично ранее описанной. При этом эти сплавы после завершения кристаллизации, вплоть до пересечения с линией DF имеют однородную структуру β-твердого раствора (например, сплав IV в интервале между точками 2 и 3 ). При дальнейшем охлаждении этих сплавов, вплоть до полного охлаждения, в их структуре происходят изменения, связанные с выделением из β-твердого раствора второй фазы α_|| (например, у сплава IV), причиной появления которой является уменьшение предела растворимости β-твердого раствора при снижении температуры сплава. На это указывает наклонный характер кривой DF. При понижении температуры твердый раствор β становится пересыщенным по отношению к компоненту А, и для приведения системы в равновесие из этого твердого раствора β выделяется избыток растворенного компонента А. Но так как в рассматриваемой системе чистые компоненты не могут существовать как самостоятельные фазы (они должны образовывать твердые растворы), то на базе избыточных кристаллов компонента А образуется сразу же α-твердый раствор, кристаллы которого и выделяются из β-твердого раствора и располагаются в виде мелкодисперсных включений внутри зерен основной фазы (рис.10). Такие избыточные кристаллы, выделяющиеся не из жидкости, а из твердой фазы, обозначаются α_|| (вторичные α кристаллы), а сам процесс выделения новой фазы в твердом состоянии называется вторичной кристаллизацией.

Точки Е и N характеризуют предельную растворимость компонента В в компоненте А, т.е. предельную растворимость α-твердого раствора при эв­тектической и нормальной температурах, а точки D и F - предельную рас­творимость компонента А в компоненте В, т.е. предельную растворимость β-твердого раствора также при эвтектической и комнатной температурах.

Точки E 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 проходить эвтектическое превращение. 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 Э(α + β), а эвтектическая реакция может быть записана так: Ж → α_E + β_D. Сплав с концентрацией компонентов А и В, соответствующих проекции точки С, т.е. сплав состава точки С, называется эвтектическим.

Все сплавы, расположенные между точками С и Е, называются доэв-тектическими. Их кристаллизация будет начинаться с выделения кристал­лов α -твердого раствора (например, у сплава IIв точке 1). В интервале кри­сталлизации (например, между точками 1 и 2) у этих сплавов будет двух­фазная структура Ж + α. На линии EC (например, в точке 2) в доэвтекгических сплавах будет проходить эвтектическая реакция у той части жидкости Ж, которая еще осталась в сплаве на этот момент (ее количество можно определить по правилу отрезков/

Все сплавы, расположенные между точками С и D называются заэв-тектическими. 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 двухфазную структуру Ж + β. На линии CD у заэвтектических сплавов будет проходить эвтектическая реакция, подобная реакции доэвтектических сплавов, т.е. Ж → Э(α + β). Но 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. 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_II||. Следовательно, все заэвтектические сплавы ниже температуры эвтектического превращения (например, сплав 111 ниже точки 2) будут иметь следующую структуру: β + Э(α + β) + α_II. Эта структура содержит три структурных составляющих - β, Э(α + β) и α_II, но при этом остается двухфазной α-фаза и β.