IV. Диаграммы состояния трехкомпонентных систем
Пространственные диаграммы тройных сплавов сложны при рассмотрении процесса кристаллизации сплава. Поэтому для анализа процессов фазовых превращений используют построение изотермических и политермических разрезов, а также проекций изотерм и поверхностей ликвидуса и солидуса на плоскость концентрационного треугольника.
4. 1. Проекции поверхностей ликвидуса
В некоторых случаях большую информацию дают проекции поверхностей ликвидуса и солидуса. На рис. 4. 1 представлена проекция поверхностей ликвидуса и изотермы ликвидуса диаграммы состояния Pb–Bi–Sn с тройной эвтектикой.
Рис. 4.1. Проекции изотерм и поверхностей ликвидуса трехкомпонентной системы Bi- Pb-Sn
Линии e1E, e2E и e3E – это проекции линий моновариантных трехфазных равновесий (Ж ↔ Ф1 + Ф2), показывающих изменение состава жидкой фазы при кристаллизации двойных эвтектик. Изменение состава жидкости и температуры следует по направлению стрелок. Проекции поверхностей ликвидуса показывают поля кристаллизации первичных фаз. В данном случае в областях I, II и III кристаллизация начинается с выделения Bi, Pb или Sn соответственно.
Три моновариантные кривые сходятся в одной точке четырехфазного равновесия, указывающей на состав жидкой фазы. Различают три варианта пересечения моновариантных кривых в нонвариантных точках (см. рис. 4. 2).
Рис. 4. 2. Пересечение моновариантых кривых фазовых равновесий в нонвариантных точках
Исходя из правила центра тяжести весового треугольника, можно записать реакции четырехфазного равновесия для указанных случаев:
-
– эвтектическая;
– простая перитектическая;
– двойная перитектическая.
В первом случае три кривые сходятся в одной точке, во втором – две кривые сходятся и одна выходит, причем с жидкостью взаимодействует фаза, находящаяся между сходящимися кривыми. В третьем случае – получающаяся твердая фаза располагается между расходящимися кривыми. Аналогичным правилам подчиняются монотектическая и монотектоидная, синтектическая и перитектоидная реакции четырехфазных равновесий.
Таким образом, проекции поверхностей ликвидуса образуют поля кристаллизации первичных фаз (I, II, III), обозначают точки нонвариантных превращений, соответствующие трехфазным равновесиям в двойных сплавах (е1, е2, е3), четырехфазным (Е) – в тройных сплавах, и показывают проекции моновариантных кривых трехфазных равновесий, соответствующих изменению состава жидких фаз, а также направление изменения состава и температуры. Проекции поверхностей солидуса, в свою очередь, указывают области существования одно-, двух- и трехфазных сплавов в твердом состоянии, а также на изменение состава твердых растворов. В данном случае проекцией поверхности солидуса будет треугольник АВС.
Проведем анализ проекций поверхностей ликвидуса диаграммы равновесия золото–теллур–висмут (рис. 4. 3).
Рис. 4. 3. Проекции поверхностей ликвидуса диаграммы Au – Te – Bi
На проекции диаграммы представлены восемь полей кристаллизации первичных фаз: 1) Bi; 2) Au; 3) AuTe2; 4) Te; 5) Bi2Te3; 6) Bi5Te3 и 7) Bi4Te.
На проекции также расположены пять эвтектических точек (e1–e5) трехфазных нонвариантных равновесий в двойных системах и три эвтектические точки (Е1, Е2 и Е3), соответствующие четырехфазным нонвариантным равновесиям. Приведем реакции эвтектических равновесий:
-
402 оС
383 оС
235 оС
Точки р1, р2 и р3 соответствуют перитектическим точкам нонвариантного превращения в двойных сплавах, а Р1, Р2 и Р3 – перитектическим точкам нонвариантного равновесия в тройных сплавах. Приведем температуры и реакции перитектических превращений:
456 оС |
|
374 оС |
|
346 оС |
|
По этим реакциям можно проследить их написание по ранее изложенным правилам. Линии, соединяющие точки еi с Еi и Еi c Еi+n, отвечают трехфазному моновариантному эвтектическому равновесию (Ж ↔ Ф1 + Ф2), а линии, соединяющие точки еi c Рi, Ei с pi и pi с Рi – трехфазному моновариантному перитектическому равновесию (ЖРi + Ф1 ↔ Ф2). Проекция диаграммы имеет еще две характерные точки Sк1 и Sк2, лежащие на квазибинарных разрезах, называемые перевальными, по левую и правую стороны которых идет снижение температуры.