5.2. Диаграмма плавкости двух металлов с неограниченной растворимостью в жидком и полной нерастворимостью в твердом состоянии

Пример построения такого вида диаграммы по кривым охлаждения рассмотрен на рисунке 2 и соответствует случаю, когда два компонента образуют одну жидкую фазу (расплав), при охлаждении которой выделяются (кристаллизуются) индивидуальные вещества и образуется сплав эвтектического состава, при этом сплавляемые металлы не образуют ни химических соединений, ни твердого раствора. Примером подобных сплавов могут служить сплавы: висмут-кадмий (эвтектика содержит 60% висмута и 40% кадмия), свинца с сурьмой (эвтектика содержит 13% сурьмы и 87% свинца), меди с серебром (эвтектика содержит 28% меди и 72% серебра) и др.

На рисунке 3 изображена диаграмма плавкости системы двух металлов А и В. По горизонтальной оси указан состав сплава (стрелка указывает на увеличение содержания металла В); по вертикальной – температуры плавления. Точка Т_А соответствует температуре плавления чистого металла А. По мере прибавления к нему металла В, температура плавления понижается, вплоть до некоторой точки Е, соответствующей самой низкой температуре плавления сплава состава эвтектической смеси. В этой точке оба металла начинают кристаллизоваться одновременно, образуя эвтектику. При исследовании эвтектики под микроскопом она оказывается состоящей из мельчайших кристалликов двух металлов, тесно перемешанных друг с другом. Затем по мере увеличения содержания в сплаве металла В температура плавления снова начинает расти по кривой ЕТ_В, пока не достигнет точки Т_В, показывающей температуру плавления чистого металла В.

Рис. 3. Диаграмма плавкости двойной системы, компоненты которой А и В не образуют твердых растворов и химических соединений. L - область существования жидкости (расплава); (L + S_A) и (L + S_B) - области сосуществования жидкой фазы и твердых металлов А и В соответственно; (S_A + S_B) - область существования механической смеси твердых А, В и эвтектики; Т_АET_В – линия ликвидуса; MEN - линия солидуса; E-эвтектическая точка; С, D, F, G, О и Q примеры фигуративных точек.

Если исходить из металла В, постепенно прибавляя к смеси все больше металл А, то сначала температура плавления будет понижаться до точки Е, а затем возрастать до точки Т_А. В соответствии с вышесказанным на диаграмме можно выделить пять областей: L – жидкий сплав металлов А и В (гомофазная жидкая область); (L + S_A) – смесь жидкого сплава и кристаллов А; (L + S_B) – смесь жидкого сплава и кристаллов (гетерофазные области - расплав + твердая фаза); (S_A + Е) – смесь эвтектики и кристаллов А; (Е + S_B) – смесь эвтектики и кристаллов В - гетерофазные области (смесь двух твердых фаз).

Точка на диаграмме состояния, отвечающая составу образца при определенной температуре, называется фигуративной. Например, если фигуративная точка С, находится в гомогенной области L, никакие фазовые превращения не происходят. Если охлаждать жидкий сплав состава, который соответствует точке G на оси абсцисс, от фигуративной точки С (область расплава L), то из него сначала будут выделяться кристаллы металла В (от кривой ЕОТ_В до точки D и ниже). По мере их выделения температура будет снижаться, и когда упадет до температуры, которая соответствует точке N, вся оставшаяся еще жидкой часть сплава в точке F начнет при постоянной температуре затвердевать, образуя эвтектическую смесь с мельчайшими кристалликами металла В.