2. Основные типы диаграмм состояния

2.1. Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов

Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, но нерастворимы в твердом состоянии и не образуют химических соединений. Компоненты: вещества А, В фазы: жидкость I, кри­сталлы А, В.

П римером диаграмм этого типа является диаграмма состояния сплава Рb-Sb, Диаграмма Рb-Sb строится на основании боль­шого числа кривых охлаждения, полученных термическим мето­дом (рис. 65).

Точки перегиба или остановки кривых охлаждения называют критическими точками. Кривые охлаждения чистых металлов имеют по одной критической точке: 327 для свинца и 631 °С для сурьмы. Структура чистых металлов состоит из однородных зерен. Сплав, содержащий 13 % Sb и 87 % Рb также имеет одну крити­ческую точку. Механическая смесь двух видов кристаллов, одно­временно кристаллизующихся из жидкости, называется эвтекти­кой. Микроструктура эвтектического сплава состоит из переме­жающихся выделений сурьмы в свинцовой основе.

Сплавы с 5 и 40 % Sb затвердевают в интервале температур и на кривой охлаждения имеют две критические точки, соответству­ющие началу и концу затвердевания. Геометрическое место точек, образующих линию начала затвердевания, называют линией лик­видус (лат. liquidus - жидкий), линию конца затвердевания - линией солидус (лат. solidus - твердый).

2.2. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Оба компонента неограниченного растворимы в жидком и твердом состояниях и не образуют химических соединений. Компоненты: вещества А, В. Фазы: жидкость L, кристаллы твердого раствора α. Примером таких сплавов являются сплавы Сu-Ni (рис. 66).

Сплавы этого типа всегда затвердевают в интервале температур и имеют на кривых охлаждения две критические точки а, b (два перегиба). Между началом а' и концом b' затвердевания из жид­кого расплава выпадают кристаллы твердого раствора α. Верхняя линия Aа'B представляет линию ликвидус, нижняя Аb'В - ли­нию солидус.

И з диаграммы следует, что выше линии Аа' В сплав, напри­мер сплав Сu - Ni, состоит из однородного жидкого раствора, внутри контура Аа' Вb' из кристаллов твердого раствора и жидкой фазы, а ниже линии Аb'В - из одного твердого раствора.

2.3. Правило отрезков

С помощью правила отрезков на диаграмме определяют относи­тельное количество каждой фазы и состав фаз.

На рис. 67 приведены диаграммы состояния механической смеси и сплава с неограниченной растворимостью в твердом состоянии. Из рис. 67, а следует, что в точке и сплав состоит из затвердевшего компонента и жидкой фазы.

Для определения соотношения фаз и их состава через точку k проводим горизонтальную линию до пересечения с линиями, огра­ничивающими область на диаграмме. Проекции точек пересече­ния на ось концентраций l', s' показывают состав фаз (жидкая фаза содержит 44 % 5Ь).

Отрезки горизонтальной линии между точкой k и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны коли­чествам этих фаз: Q_s*sk = Q_l*lk; Q_s/Q_l = lk/sk,

где Q_s, Q_l - количество твердой и жидкой фаз.

Для определения отношения какой-либо фазы (например, твер­дой Q_s) ко всему количеству сплава Q_s+l, используется выражение Q_s/Q_s+l = lk/sl, где sl - вся длина горизонтальной линии.

Таким же образом определяется соотношение и состав фаз для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии (рис. 67, б). При температуре и концентрации, отвечающим т. и, сплав состоит из кристаллов твердого раствора и жидкой фазы. Для определения состава жидкой фазы через т. k проводится горизонталь до пересечения с линиями ликвидус и солидус, а проекции точек l¹ и s¹ на ось концентраций показывают состав жидкой и твердых фаз. Соотношение фаз определяется по правилу отрезков: Q_s/Q_l = lk/sk или Q_s/Q_s+l = lk/sl.

Правило отрезков может использоватьея не только для изучения процесса кристаллизации сплавов, но и для исследования процеccов, проходящих в твердом состоянии. Оно применимо ко всем двухфазным сплавам" независимо от их агрегатного состояния. Отсюда следует, что при охлаждении состав жидкой фазы в соответствии с правилом отрезков меняется по линии ликвидус, твердой фазы - по линии солидус.