2. Краткие теоретические сведения

Характер взаимодействия компонентов сплава определяет соответствующий тип диаграммы состояния (фазового равновесия). И хотя диаграмма состояния не дает представления о микроструктуре сплава, а характеризует лишь равновесие фаз при разных температуpax, по ней можно качественно оценить формирующуюся структуру сплава. Составляющие микроструктуры сплавов могут быть однофазными (кристаллы чистых металлов, твердых растворов, химических соединений) или многофазными – представлять собой эвтектики, эвтектоиды, механические смеси кристаллов постоянного или переменного состава и др.

2.1. Понятие об эвтектике и эвтектическом превращении в двухкомпонентных сплавах

В огромном количестве двухкомпонентных систем с отсутствием или ограниченной растворимостью компонентов друг в друге в твердом состоянии, среди которых такие значимые, как Fe-C(Fe₃C), Cu-Zn, Cu-Sn, Al-Si и многих др., в сплавах определенного состава при их кристаллизации протекает эвтектическое превращение с образованием сложной (двухфазной) структурной составляющей, называемой эвтектикой.

Название «эвтектика» происходит от греческого слова eutektos – «легко плавящийся».

На рис.1 приведена обобщенная диаграмма состояния двухкомпонент-ной системы А – В с ограниченной растворимостью в твердом состоянии и эвтектическим превращением. Твердыми фазами в сплавах этой систе­мы яв-ляются кристаллы твердых растворов α (на основе компонента А) и β (на основе компонента В). Сплав, содержащий e % В, является самым легкоплав- ким сплавом системы и по определению называется эвтектическим. Этот сплав в отличие от всех других сплавов системы А – В имеет одну критичес-кую температуру (t_e,°С). Это означает, что кристаллизация эвтектического сплава протекает при постоянной температуре.

Рис.1. Диаграмма фазового равновесия двухкомпонентной системы A – В

Точка e, показывающая температуру кристаллизации t_e и химический

состав x_e эвтектического сплава, называется эвтектической точкой, а жидкий раствор (расплав) состава точки e – жидкой эвтектикой. Продукт кристаллизации жидкой эвтектики – твердая эвтектика (или просто эвтектика). Химические составы жидкой и твердой эвтектик одинаковы.

Жидкая эвтектика при температуре t_e находится в равновесии одновременно с обеими твердыми фазами системы: α состава точки с (α_c) и β состава точки d (β_d) и поэтому кристаллизуется с одновременным образованием кристаллов α_c и β_d. Такое превра­щение называется эвтектическим, а образующаяся при этом мик­роструктура – эвтектикой. Эвтектическое превра­щение обратимо и записывается следующим образом:

t_e

ж_е ↔ (α_c + β_d). (1)

В записи реакции указаны фазы, находящиеся в равно­весии, и их состав - содержание компонента В в %. Последнее обязательно, так как, согласно правилу фаз Гиббса, двухкомпонентная система при трехфазном равновесии нонвариантна (число степеней свободы системы с = 0), и состав фаз строго определен – он не может быть произвольным или меняться.

Соотношение фаз α_c и β_d в эвтектике определяется правилом отрезков (рычага) на линии сd диаграммы состояния, называемой эвтектической линией: Q_α= ed : cd ×100 % ; Q_β = ce : cd × 100 % или Q_β = 100 % - Q_α.

Таким образом, эвтектический сплав по окончании кристаллизации имеет микроструктуру из 100 % эвтектики, которая является одной структур-ной составляющей, вследствие ее однообразного строения и равномерного (или статистически равномерного) распределения фазовых составляющих.

Из всего сказанного выше следует, что эвтектика – это структура самого легкоплавкого сплава системы, кристаллизующаяся при постоянных условиях образования: температуре и составах реагирующих фаз с одновременным выделением из жидкого раствора двух твердых фаз, находящихся в строгом количественном соотношении друг к другу.