7. Линии безвариантных равновесий и изотермические превращения с участием трех фаз
Любая горизонтальная линия диаграммы отвечает безвариантному равновесию трех конденсированных фаз. При внешнем воздействии на подобную систему (подводе или отводе тепла) равновесие смещается и возникает самопроизвольно протекающий процесс, при котором ни температура, ни составы фаз изменяться не могут (С=0). Такие изотермические превращения с участием трех конденсированных фаз протекают по двум схемам:
а) распад одной фазы на две другие;
б) взаимодействие двух фаз с образованием третьей.
В качестве примера рассмотрим превращения с участием одной жидкой и двух твердых фаз, происходящие при отводе тепла от системы.
1. Эвтектическое превращение, сводящееся к одновременной кристаллизации двух твердых фаз из жидкости (схема "а"). Его можно описать следующим уравнением:
ЖЕ=Тa+Тв; ∆H<0 (4)
где ЖЕ - жидкость(расплава) эвтектического состава "Е";
Та, Тв - твердые фазы состава точек "а" и "в" соответственно.
Эвтектическому превращению на диаграмме состояния удовлетворяет горизонталь (рис. 7,а), граничные точки которой ("а" и "в") указывают составы твердых фаз, а между ними располагается точка “Е” (состав жидкости).
В точке "Е" должны
сходиться две ветви ликвидуса,
так как жидкость такого состава насыщена
двумя твердыми фазами,
а ветви солидуса должны подходить к
точкам "а" и "в". На
диаграмме (см. рис. 2) две линии
эвтектического происхождения. Одна из
них линия ДЕF.
На ней к точке "Е", указывающей
состав жидкой эвтектики, подходят ветви
ликвидуса
Е
и
Е.
Точки "Д" и "F"
указывают составы твердых фаз, к ним
подходят
линии солидуса
Д
и
F.
Другая линия
эвтектического превращения Д'Е'F1.
На ней точка "Е" отвечает составу
жидкой эвтектики и точки "Д" и "F"
— составам
твердых фаз.
2. Перитектическое превращение, при котором жидкость перитектического состава (точка “Р”) взаимодействует с ранее выпавшей твердой фазой (например, состава точки "а") и дает новую твердую фазу (состава точки “в”). Такому превращению, протекающему по схеме "б", удовлетворяет уравнение
Жр+Та=Тв;h∆H<0 (5).
На линии перитектического превращения (рис. 7,б) граничные точки "р" и “а” (составы взаимодействующих фаз) и между ними точка "в" (состав вновь возникающей фазы).
Рис. 7. Расположение составов равновесных фаз на линии эвтектического (а) и перитектического (б) превращения
Такое размещение составов равновесных фаз на линиях эвтектического и перитектического превращений согласуется с правилом отрезков, по которому состав смеси двух фаз всегда располагается между составами смешиваемых фаз.
На диаграмме, приведенной ранее (см. рис. 5), линия перитектического превращения ВСР. На ней к точке "р" подходит линия ликвидуса ар, точки "в" и "с" совпадают с составами твердых фаз А и АmВn соответственно.
Таким образом, линии эвтектического и перитектического превращений отличаются местоположением состава жидкой фазы. Состав жидкой эвтектики располагается между составами твердых
фаз, а состав жидкой перитектики находится по одну сторону от составов твердых фаз.
Возможные превращения с участием трех конденсированных фаз и уравнения, их описывающие, приведены в табл. 2.
Таблица 2
Возможные изотермические превращения с участием трех конденсированных фаз
Из табл. 2 видно, что монотектическое и эвтектоидное превращения протекают по такой же схеме, как и эвтектическое (схема “а”),только в первом участвуют две. жидких фазы и одна твердая, а во втором — все три фазы твердые. Аналогом перитектического превращения являются синтетическое и перитектоидное, им удовлетворяет схема "б".